(57)【要約】      （修正有）【課題】往復式スクリーンか回転式往復運動式のスクリーンを基づいて体積３Ｄディスプレイのための急速なフォーカスシステムを提供する。【解決手段】光路長さの変更のアプローチは屈折する変位の手段および反射変位の手段が含まれている。屈折する変位の手段は光路で挿入される１つ以上の薄いくさびプリズムの動きに基づいている。光路に関する薄いくさびプリズムの位置の変更によって、くさびプリズムの中の光路長さは変わる。反射変位の手段は移動反射板システムに基づいている。反射板システムによる光路を折り、反射板システムを動かすことは効果的に光路長さを変えることができる。フォーカスの爲に、小さく、精密な変位は光路に関してくさび形の光学装置を斜めに動かすことによって逹成される。くさび形の光学装置はくさび形の基盤の薄いくさびプリズムまたはミラーのどれである場合もある。【選択図】図５
2010079233.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
体積３Ｄイメージのプロジェクションのためのプロジェクション手段または３Ｄ物体のイメージングのためのイメージング手段のレンズシステムの急速な、繰り返されたフォーカスの方法であって、前記レンズシステムが第１レンズグループおよび第２レンズグループを含み、前記方法は第１光路長さ変更手段によって急速にそして繰り返し道Ｓｏまたは道Ｄの光路の長さを変えるの特徴が含み、
前記道Ｓｏが前記第１レンズグループと前記プロジェクション手段のイメージパネル間または前記イメージング手段のイメージセンサー間の光路を表し、
前記道Ｄが前記第１レンズのグループと前記第２レンズのグループ間の光路を表し、
前記第１光路長さ変更手段がくさび形の光学装置と移動手段を含み、前記くさび形の光学装置が第１表面および第２表面を含み、２つの表面中間が有限な刃物角を形作り、前記移動手段が急速にそして繰り返し前記第１表面の平面に沿う前記くさび形の光学装置を動かし、この動きにより光路の中心線および前記第２表面の交差が中心線に沿って変位する、この変位が光路の長さを変える、
前記方法。
【請求項２】
前記くさび形装置がくさびプリズム装置または反射板装置を含み、前記くさびプリズム装置が薄いくさびプリズムを含み、前記反射板装置がくさび形の基盤に取付けられる単一の平らな反射板を含んでいる、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記移動手段は回転式往復運動式の動きの前記くさび形の光学装置を動かし、前記回転式往復運動式の動きに、前記くさび形の光学装置が軸線のまわりで回転させるが、表面のオリエンテーションを不変保つ特徴がある、請求項２記載の方法。
【請求項４】
前記くさびプリズム装置が第２薄いくさびプリズムを含み、方法は、
２つの薄いくさびプリズムを一緒に密接に置くことの特徴であって、２つの薄いくさびプリズムの内部の表面が平行空隙を形作る、外部の表面が平行前記特徴、
互いに関して２つの薄いくさびプリズムを総厚さを変えるために動かすことの特徴
、を包含する請求項２記載の方法。
【請求項５】
前記２つの薄いくさびプリズム互いに移動の特徴は次の手段の１含んでいる：
（ａ）１つの薄いくさびプリズムを他の薄いくさびプリズムに関して回転式往復運動式の動きによって動かす手段であって、前記回転式往復運動式の動きに、前記くさびプリズムが軸線のまわりで回転させるが、表面のオリエンテーションを不変保つ特徴がある前記手段、または
（ｂ）前記２つの薄いくさびプリズムを反対の方向からの彼らの表面積の部分が付いている光路を横取りするために置き、１８０度の位相差を用いる方向づけ、そして同じ速度で同じ方向回す手段、
請求項４記載の方法。
【請求項６】
第２光路長さ変更手段の提供の特徴であって、前記第２光路長さ変更手段が回転式往復運動式の動きの移動一対反射板または斜めに移動反射板を含み、前記回転式往復運動式の動きが軸線たくわえのまわりで反射板をオリエンテーション変わらずに回転させる前記特徴、
前記道Ｓｏと前記道Ｄの光路の長さを、拡大率を一定した保つために、前記第２光路長さ変更手段と前記第１光路長さ変更手段の使用によって同時に変える特徴、
を包含する請求項５記載の方法。
【請求項７】
第２光路長さ変更手段の提供の特徴であって、前記第２光路長さ変更手段が次の手段の１含み：（ａ）前記第１光路長さ変更手段と同じような手段、または（ｂ）反射板システムによって光路を折り、または光路の長さを変えるために急速に反射板システムを動かす反射変位手段、（ｃ）レンズのグループを直接動かす機械変位手段、前記特徴、
前記道Ｓｏと前記道Ｄの光路の長さを、拡大率を一定した保つために、前記第２光路長さ変更手段と前記第１光路長さ変更手段の使用によって同時に変える特徴、
を包含する請求項２記載の方法。
【請求項８】
前記反射変位手段が動く一対反射板を含み、前記機械変位手段がスライダークランクのメカニズム、または交叉スライダークランクのメカニズム、または交叉スライダー偏心のメカニズム、を包含する請求項７記載の方法。
【請求項９】
体積３Ｄイメージのプロジェクションのためのプロジェクション手段または３Ｄ物体のイメージングのためのイメージング手段のレンズシステムの急速な、繰り返されたフォーカスのシステムであって、前記システムは、
レンズシステムであって、レンズシステムが第１レンズグループおよび第２レンズグループを含す前記レンズシステム、
急速にそして繰り返し光路の長さを変えるのためのフォーカス手段であって、前記フォーカス手段は薄いくさびプリズムと移動手段を含み、前記移動手段が光路によって横取りされるプリズムの厚さを変えるために、前記薄いくさびプリズムを光路に関して動かす前記フォーカス手段、
を包含する前記システム。
【請求項１０】
前記フォーカス手段が第２薄いくさびプリズムを含み、システムは、
２つの薄いくさびプリズムを一緒に密接に置くことの特徴であって、２つの薄いくさびプリズムの内部の表面が平行空隙を形作る、外部の表面が平行前記特徴、
互いに関して２つの薄いくさびプリズムを総厚さを変えるために動かすことの特徴、
を包含する請求項９記載のシステム。
【請求項１１】
前記２つの薄いくさびプリズム互いに移動の特徴は次の手段の１含んでいる：
（ａ）１つの薄いくさびプリズムを他の薄いくさびプリズムに関して回転式往復運動式の動きによって動かす手段であって、前記回転式往復運動式の動きに、前記くさびプリズムが軸線のまわりで回転させるが、表面のオリエンテーションを不変保つ特徴がある前記手段、または
（ｂ）前記２つの薄いくさびプリズムを反対の方向からの彼らの表面積の部分が付いている光路を横取りするために置き、１８０度の位相差を用いる方向づけ、そして同じ速度で同じ方向回す手段、
請求項１０記載のシステム。
【請求項１２】
体積３Ｄイメージのプロジェクションのためのプロジェクション手段または３Ｄ物体のイメージングのためのイメージング手段のレンズシステムの急速な、繰り返されたフォーカスおよびズーミングの方法であって、前記レンズシステムが第１レンズグループおよび第２レンズグループを含み、前記ズーミングが一定した拡大率を維持し、前記方法は、
道Ｓｏの光路の長さを第１光路長さ変更手段の使用によって第１前もって決定された距離の範囲内に急速に変える特徴、
道Ｄの光路の長さを第２光路長さ変更手段の使用によって第２前もって決定された距離の範囲内に急速に変える特徴、
を含み、
前記道Ｓｏが前記第１レンズグループと前記プロジェクション手段のイメージパネル間または前記イメージング手段のイメージセンサー間の光路を表し、
前記道Ｄが前記第１レンズのグループと前記第２レンズのグループ間の光路を表し、
前記光路長さ変更手段が次の方法からの１つか２つの選択を含み：
（ａ）光路に変更の厚さの透明な材料を置き、光路によって横取りされる透明な材料の厚さを変えるために、透明な材料を光路に関して動かす屈折する変位方法、または
（ｂ）反射板システムによって光路を折り、または光路の長さを変えるために急速に反射板システムを動かす反射変位手段、または
（ｃ）レンズのグループを直接動かす機械変位手段、
選択は前記第１前もって決定された距離の範囲と第２前もって決定された距離の範囲を基づき、前記道Ｓｏと前記道Ｄの光路の長さの変更に割合にあり、同じタイプの動きの函数がある
前記方法。
【請求項１３】
前記変更の厚さの透明な材料が薄いくさびプリズムを含み、前記反射板システムが単一の平らな反射板を含み、前記単一の平らな反射板が光路に関して斜めに動く、請求項１２記載の方法。
【請求項１４】
前記レンズシステムは次の組合せの１つを含んでいる：
正の屈折力のレンズグループは前記第１レンズグループとして使用され、正の屈折力のレンズグループは前記第２レンズグループとして使用される、または
負の屈折力のレンズグループは前記第１レンズグループとして使用され、正の屈折力のレンズグループは前記第２レンズグループして使用される、
請求項１３記載の方法。
【請求項１５】
前記イメージング手段は構成された照明手段が含み、前記構成された照明手段が次の手段の１つが含み：
（ｉ）空間の分離手段であって、前記空間の分離手段が、
見えない光の構成されたパターンを前記３Ｄ物体に投影する、それにより前記３Ｄ物体に可視イメージおよび見えないイメージがある特徴、
前記見えないイメージをフィルター手段で前記可視イメージから分け、前記イメージセンサーの別の区域の前記見えないイメージそして前記可視イメージを捕獲する特徴、
を含んでいる前記空間の分離手段、または
（ｉｉ）時間の分離手段であって、前記時間の分離手段が、
構成された照明を調節手段によって前記イメージセンサーのフレーム率に一致させるために調整し、２組のイメージを捕獲し、１の組が構造的に照らされたイメージを含み、他の組が自然に照らされたイメージを含んでいる特徴を含んでいる前記時間の分離手段、
請求項１３記載の方法。
【請求項１６】
前記屈折する変位方法が次の手段の１含んでいる：
（ｉ）階段のように厚さの変化の透明なディスクを前記変更の厚さの透明な材料として使用し、光路で横断される厚さを変えるためにディスクを回す、または
（ｉｉ）Ｍの厚さ変化の手段（ｉ）の第１透明なディスクとＮの厚さ変化の手段（ｉ）の第２透明なディスクを使用し、異なった速度でＭｘＮ組合せの厚さの変化を得るために２枚のディスクを回す、
前記反射変位方法が次の手段の１含んでいる：
（ｉｉｉ）階段のように厚さの変化の反射板を前記反射板システムとして使用し、光路で横断される反射表面の位置変えるために反射板を回す、または
（ｉｖ）切替可能な多層液晶の反射板の単位を前記反射板システムとして使用する、
請求項１２記載の方法。
【請求項１７】
前記レンズシステムは次の組合せの１つを含んでいる：
正の屈折力のレンズグループは前記第１レンズグループとして使用され、正の屈折力のレンズグループは前記第２レンズグループとして使用される、または
負の屈折力のレンズグループは前記第１レンズグループとして使用され、正の屈折力のレンズグループは前記第２レンズグループとして使用される、
請求項１６記載の方法。
【請求項１８】
前記イメージング手段は構成された照明手段が含み、前記構成された照明手段が次の手段の１つが含み：
（ｉ）空間の分離手段であって、前記空間の分離手段が、
見えない光の構成されたパターンを前記３Ｄ物体に投影する、それにより前記３Ｄ物体に可視イメージおよび見えないイメージがある特徴、
前記見えないイメージをフィルター手段で前記可視イメージから分け、前記イメージセンサーの別の区域の前記見えないイメージそして前記可視イメージを捕獲する特徴、
を含んでいる前記空間の分離手段、または
（ｉｉ）時間の分離手段であって、前記時間の分離手段が、
構成された照明を調節手段によって前記イメージセンサーのフレーム率に一致させるために調整し、２組のイメージを捕獲し、１の組が構造的に照らされたイメージを含み、他の組が自然に照らされたイメージを含んでいる特徴を含んでいる前記時間の分離手段、
請求項１７記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】      本発明は本出願人に次の特許および出願に関連している：
米国特許５，９５４，４１４、
米国特許６，３０２，５４２Ｂ１、
米国特許６，７６５，５６６Ｂ１、
米国特許６，９６１，０４５Ｂ２、
米国特許出願公開２００５−０２８０６０５−Ａ１、
日本特許出願３６１０９０／９９（國内特許出願通知２０００／２０１３６２）、
日本特許出願２００１／３１８１８９（國内特許出願通知２００２／２６８１３６）、
日本特許出願２００２／１７５３７９（國内特許出願通知２００３／１０７３９９）、
日本特許出願２００５／３８０９３８。
出願人は上記の文書を本件に引用文献として取り入れている。
【技術分野】
【０００２】      本発明は体積３Ｄイメージ（ｖｏｌｕｍｅｔｒｉｃ  ３Ｄ  ｉｍａｇｅｓ）のプロジェクションと３Ｄ物体のイメージング（ｉｍａｇｉｎｇ）の適用のための急速なフォーカス（ｆｏｃｕｓｉｎｇ）、ズーミング（ｚｏｏｍｉｎｇ）の方法そしてシステムに関連している。
【背景技術】
【０００３】      体積３Ｄ（Ｖ３Ｄ）ディスプレイの１つの部門はスクリーンを動かすことと体積を掃引するためにスクリーンの２Ｄイメージを投影することによってＶ３Ｄのイメージを発生させる。Ｖ３Ｄのイメージは残像の効果によって掃引された体積でこうして形作る。動きの１つの典型的なモードはスクリーンを往復動きで動かせるスライダークランク（ｓｌｉｄｅｒ−ｃｒａｎｋ）のメカニズムにスクリーンを置くことである。Ｔｓａｏ米国特許６，９６１，０４５Ｂ２は図１で説明されるように回転式動きによって往復するスクリーンが付いているシステムを、記述する。これは、スクリーン表面を一定方向に常に向かわせながら、平板なスクリーン２０３１を軸２０００の周りに旋回させることである。すなわち、スクリーンは前記軸の周りに旋回するが、それ自身の周りに回転しない。その結果、スクリーンの動きは矩形の空間２０４０を越えて掃引することができて、しかもこの矩形空間内でスクリーンは往復動きで動くようである。便宜上、これは「回転式往復運動」と呼ばれる。回転式交換のメカニズムの利点は回転式軸受けと比べて一般により高い費用、より高い騒音および短い寿命を過す線形軸受けの必要性なしで滑らかな回転式動きを使用することである。【０００４】      体積３Ｄディスプレイの別の部門はディスプレイの手段として電気で切替可能なスクリーン（通常液晶材料）の積み重ねを加える。積み重ねのすぐにによってそして次々に転換の異なったスクリーンは、移動スクリーン発生させることができる。体積３Ｄイメージを生成するために２Ｄイメージフレームは液晶のスクリーンに投影することができる。例えば、Ｓｕｌｌｉｖａｎ米国特許６，１００，８６２はそのようなシステムを記述する。【０００５】      これらのアプローチでは、１つの大きな問題はイメージをスクリーンへ投影し、フォーカスのイメージを保つことである。【０００６】      Ｐａｅｋは急速なフォーカスのために圧電気材料によって基づく簡単なレンズを使用する（会議の口頭発表：“Ａ  ３Ｄ  Ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ  Ｄｉｓｐｌａｙ  ｕｓｉｎｇ  ＰＤＬＣｓ”，Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ  ｏｆ  ｔｈｅ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｓｏｃｉｅｔｙ  ｆｏｒ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｊａｎ．２９−Ｆｅｂ．２，Ｓａｎ  Ｊｏｓｅ  Ｃａｌｉｆ．）。但し、実用的な映写レンズはある明るく、良質のイメージを提供するために特定のサイズの多数レンズが要求する。圧電気レンズによってこれを逹成することは困難、高価である場合もある。同じような推論によって、変焦点液体レンズ（ｖａｒｉ−ｆｏｃａｌ  ｌｉｑｕｉｄ  ｌｅｎｓ）はまた使用することができる。変焦点液体レンズは「ｅｌｅｃｔｒｏ−ｗｅｔｔｉｎｇ」水オイルインターフェイスに適用される電圧の変更によって焦点距離を変えることができる。変焦点液体レンズは今商業的に利用できる（Ｖａｒｉｏｐｔｉｃ  ｏｆ  Ｆｒａｎｃｅ，ｗｗｗ．ｖａｒｉｏｐｔｉｃ．ｃｏｍ）。但し、明るい、良質のプロジェクションの爲に十分な光を渡すには、液体レンズは（２〜３ミリメートルの開きだけ）余りにも小さいようである。原理は２つの液体間の表面張力に基づいているので、より大きいレンズが作ることができることまた疑わしい。【０００７】      Ｓｕｌｌｉｖａｎ（米国特許６，１００，８６２）は映写レンズの前にプロジェクションのフォーカスを調節するのに変焦点ミラー（ｖａｒｉｆｏｃａｌ  ｍｉｒｒｏｒ）を使用する。【０００８】      Ｓｕｌｌｉｖａｎは（米国特許出願公開２００３−００６７４２１）角の方向の変更の厚さの回転透明なディスクがある変焦点の投射系を記述する。ディスクは映写レンズとイメージの源の間に速く、周期の方法の有効な物体距離（ｏｂｊｅｃｔ  ｄｉｓｔａｎｃｅ）を変えるために置かれる。これは屈折の原則に基づいている。レンズと物体（ｏｂｊｅｃｔ）間の（屈折率＞１）の透明な材料を加えることは有効な物体距離（ｏｂｊｅｃｔ  ｄｉｓｔａｎｃｅ）を短くする。有効な物体距離が短くされるとき、像距離（ｉｍａｇｅ  ｄｉｓｔａｎｃｅ）は増加する。【０００９】      但し、往復運動のスクリーンか（図１の）「回転式往復運動式の」スクリーンのシステムでＳｕｌｌｉｖａｎのディスクを使用することは困難である。Ｓｕｌｌｉｖａｎは基本的に３つのタイプのディスクを記述する。図２［Ａ］は厚さが最低０度でから最高に３６０度で変わることをある１つのタイプを説明する。図２［Ｂ］は厚さが最低０度でから最高に１８０度で増加し、３６０度で最低に戻って減ることをある別のタイプを説明する。図１の回転式往復運動式のスクリーンは空間で前後に動く。但し、図２［Ａ］のディスクに２０１でジャンプの不連続形の函数がある。従って、このタイプのディスクはスクリーンの動きの両方の方向で使用することができない。これは好ましくない。図２ｂのディスクに非滑らかな形の函数がある。最高の厚さ２０２の近くで、ディスク表面の斜面は２０３から２０４に突然の変更を行なう。同じは最低の厚さ２０５の近くで起こる。光学的に、この突然斜面の変更は光学道の角度を逸らす。従って、光学道は最高の線２０２（または最低の線２０５）の両側を同時にカバーするべきでない。その結果、上および底の近くの表示体積２０４０の主要な部分は表示イメージに使用することができない。しかし重大に、ディスクの厚さの変更の函数は回転角度に関して線形函数である。それはスライダークランクの動きまたは回転式往復運動式のスクリーンの動きの函数に一致させない（正弦動き）（動きの函数については付録Ｅを見なさい）。時間に関する正弦函数へのディスク回転を回すのにラック・ピニオンシステムとの回転式動きの組合せを使用することは可能であるが、生じられたシステムは騒々しく、複雑である場合もある。従って、図２ｂのディスクはまた好ましくない人である。第３タイプのディスクは表面階段のようにが付いているディスクである（Ｓｕｌｌｉｖａｎの図５Ａ、５Ｂ）。階段ステップが十分に広く渡るにはプロジェクションのビームがするでなければならないので適度なサイズのディスクは階段ステップの非常に限られた数だけを含むことができる。その結果、このタイプのディスクは表示体積のフレームの非常に限られた数を表示するためだけに適している。【００１０】      イメージングの分野では、Ｆａｎｔｏｎｅは等（米国特許６，０６６，８５７）（図２２−２４）バー・コード読取システムで使用される同じような変焦点の���メージングシステムを記述する。システムは１つの側面の螺旋形の表面が付いていると反対側の平面が付いている回転透明なディスクを使用する。静止したくさびプリズムは平らな側面の近くに小さい空隙を形作るために置かれる。回転ディスクは厚さの変化を作成する。このディスクにまた不連続形があり、前後に動くスクリーンのために適していない。【００１１】      Ｔｓａｏ（米国特許５，９５４，４１４）はフォーカスだけ投影されたイメージフレームのまた一定した拡大率（ｍａｇｎｉｆｉｃａｔｉｏｎ）を維持する複数のイメージの伝逹システム記述する。１つのシステムは映写レンズと移動スクリーンの間に置かれる一対移動反射板である。一対移動反射板はスクリーンの動きによって引き起こされる光路長さの変更を償う。Ｔｓａｏ（米国特許６，３０２，５４２）は単一の移動平らな反射板から成り立つ別のイメージの伝逹システム記述する（コラム５の１−５、２８−３１、３７−３９行参照）。反射板はスクリーンとの同時性の「回転式往復運動式のメカニズムによって」動く（図１と同じような）。但し、これらのシステムはある程度の機械部品を要求し、一定空き占める。【００１２】      Ｔｓａｏ米国特許５，９５４，４１４（コラム７、４７行からコラム８の７行）および６，３０２，５４２（コラム５の５５行からコラム６の１９行）はまたフォーカスで投影されたイメージを保ち、一定した拡大率を維持する移動ズームレンズシステムを記述する。一般に、ズームレンズは２つのレンズのグループに分けることができる。ズーミングは２つのレンズのグループを別同時に動かすことによって逹成される。１つの方法はマイクロコンピューター制御されたサーボモーターによって運転される滑走平台を使用するか、またはレンズのグループの位置を調節するのにカムを使用している。滑走平台を運転するもう一つの方法は圧電気のアクチュエーターを使用することである。別の方法は調節可能な力のレンズを使用している。米国特許６，３０２，５４２（コラム８の２４−５５行）はまたレンズ位置か力を急速に調節することによって急速なフォーカスを逹成するプロジェクターシステムを記述する。方法はまたレンズを動かすかわりに、反射板を動かすことによって変更の光路長さが含まれている（米国特許６，３０２，５４２、図６、コラム６の５−１９行）。滑走平台、制御システムおよび圧電気のアクチュエーターの費用は高いである場合もある。カムドライブはまた設計するために複雑にし、騒々しい場合もある。従って、これらのアプローチで改良することは好ましい。【００１３】      急速なフォーカスシステムはまた３Ｄ形のイメージングおよび回復（ｒｅｃｏｖｅｒｙ）の分野場合もある（または時々呼ばれた体積の測定（ｖｏｌｕｍｅｔｒｉｃ  ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ））に有用である。この分野では、アプローチの１つの部門は３Ｄ形または３Ｄ場面の数の２Ｄイメージ（映像）のフォーカスかＤｅｆｏｃｕｓに基づいている。フォーカスからの形（Ｓｈａｐｅ  ｆｒｏｍ  Ｆｏｃｕｓ）（またはフォーカスからの深さＤｅｐｔｈ  ｆｒｏｍ  Ｆｏｃｕｓ）（ＳＦＦかＤＦＦ）の方法では、３Ｄ表面の数の２Ｄイメージは異なった焦点深さで撮られる。２Ｄイメージの画像処理は各像点で一組の「フォーカス測定」（ｆｏｃｕｓ  ｍｅａｓｕｒｅ）を得る。表面ポイントの深さはフォーカスの手段のガウス内挿（Ｇａｕｓｓｉａｎ  ｉｎｔｅｒｐｏｌａｔｉｏｎ）によるフォーカス測定の函数のピークを見つけることによってそれから得られる。Ｄｅｆｏｃｕｓからの深さ（ＤＦＤ）の方法では、深さ情報はフォーカスから外れてある区域の暈しイメージから「ｄｅｆｏｃｕｓ函数」のによって計算される。ＤＦＤ方法は少数の２Ｄイメージを要求する。ＳＦＦ方法の細部は次に挙げるドキュメントで見つけることができる：
１．Ｎａｙａｒ  ａｎｄ  Ｎａｋａｇａｗａ，“Ｓｈａｐｅ  ｆｒｏｍ  Ｆｏｃｕｓ”，ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎ  ｏｎ  Ｐａｔｔｅｒｎ  Ａｎａｌｙｓｉｓ  ａｎｄ  Ｍａｃｈｉｎｅ  Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｃｅ，ｖｏｌ．１６，Ｎｏ．８，Ａｕｇ．１９９４，ｐｐ．８２４．
２．Ｎｏｇｕｃｈｉ  ａｎｄ  Ｎａｙａｒ，“Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｉｃ  ｓｈａｐｅ  ｆｒｏｍ  ｆｏｃｕｓｉｎｇ  ｕｓｉｎｇ  ａｃｔｉｖｅ  ｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｏｎ”，Ｐｒｏｃ．ＩＥＥＥ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ  ｏｎ  Ｃｏｍｐｕｔｅｒ  Ｖｉｓｉｏｎ  ａｎｄ  Ｉｍａｇｅ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ，１９９４，ｐｐ．１４７−１５２．
３．Ｙｕｎ  ａｎｄ  Ｃｈｏｉ，“Ｆａｓｔ  Ｓｈａｐｅ  ｆｒｏｍ  Ｆｏｃｕｓ  ｕｓｉｎｇ  Ｄｙｎａｍｉｃ  Ｐｒｏｇｒａｍｍｉｎｇ”，ｉｎ  Ｔｈｒｅｅ−Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ  Ｉｍａｇｅ  Ｃａｐｔｕｒｅ  ａｎｄ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ  ＩＩＩ，Ｅｄ．ｂｙ  Ｂ．Ｄ．Ｃｏｒｎｅｒ  ａｎｄ  Ｊ．Ｈ．Ｎｕｒｒｅ，Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ  ｏｆ  ＳＰＩＥ  Ｖｏｌ．３９５８（２０００）ｐｐ．７１．
ＤＦＤ方法の細部は次に挙げるドキュメントで見つけることができる：
４．Ｗａｔａｎａｂｅ  ｅｔ  ａｌ．，“Ｒｅａｌ−ｔｉｍｅ  ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｄｅｐｔｈ  ｆｒｏｍ  ｄｅｆｏｃｕｓ”，Ｐｒｏｃ．ｏｆ  ＳＰＩＥ  ｖ  ２５９９，１９９６，ｐｐ．１４−２５．
５．Ｗａｌｌａｃｋ  ＵＳ  Ｐａｔ．Ｎｏ．６，４８３，９５０，“Ｄｅｔｅｒｍｉｎｉｎｇ  ａ  ｄｅｐｔｈ”．
出願人は上記の文書を本件に引用文献として取り入れている。【００１４】      ３Ｄ物体のイメージを異なった焦点深さで撮るため、私逹は像の平面に関してイメージセンサーを転置してもいいまたはレンズを動かすか、または物体の平面に関して物体を動かしなさい。ＮａｙａｒおよびＮａｋａｇａｗａのペーパーでは、３Ｄ物体は置かれ、移動可能な段階によって動く。深さマップは１０−１５のイメージから計算される。ＹｕｎおよびＣｈｏｉのペーパーでは、カメラはモーターを備えられたか、または圧電気作動させた段階によって動いた。渡辺等ペーパーでは、異なった深さで置かれた２台のカメラは使用された、深さマップは２つのイメージフレームだけから計算される。焦点深さの変更の範囲が小さいとき有効な焦点間隔を変えるために、別のそれぞれの屈折率のガラス板が付いている回転セクターの車輪は３Ｄ物体の前に置かれる。これはＷａｌｌａｃｋ米国特許６，４８３，９５０で記述されている。一般に、これらの深さのスキャンの方法は遅くまたは大きい深さをカバーしてない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】      それに応じて、本発明の目的は単純構造があり、小さい空間を占める特に往復式スクリーンか回転式往復運動式のスクリーンを基づいて体積３Ｄディスプレイのための急速なフォーカスシステムを、開発することである。本発明はまた前述の回転ディスクの欠点、すなわち、不連続か非滑らかな形がないフォーカスシステムを開発することである。本発明の目的はまた簡単なメカニズムによって運転し、移動スクリーンの動きと容易に合わせることができるフォーカスシステムを開発することである。更に、本発明の目的はまた適度な費用のシステムを持つことである。これは製造し易い部品を使用して含み、低価格および高い信頼性の簡単な機械要素を使用する。【００１６】      カメラシステムで急速なフォーカスシステムがカメラ・ボディを動かさないで急速に像の平面（ｉｍａｇｅ  ｐｌａｎｅ）をスキャンするか、または物体の平面（ｏｂｊｅｃｔ  ｐｌａｎｅ）をスキャンするのに使用することができる。スキャンの範囲は大きい深さをカバー、スキャンニングスピードは実時間（ｒｅａｌ  ｔｉｍｅ）３Ｄモーション・キャプチャーを可能にすることができる。
【課題を解決するための手段】
【００１７】      本発明では、急速で可変的なフォーカスは物体距離、または映写レンズのレンズのグループ間の間隔、または両方の急速な、繰り返された変更によって逹成される。レンズのグループ間の間隔そして物体距離が同時に変わるとき、急速なフォーカスシステムは急速なズーミングシステムになる。急速なズーミングはフォーカスでしか投影されたイメージを保たないが、また一定した拡大率を維持する。【００１８】      光路長さ（ｏｐｔｉｃａｌ  ｐａｔｈ  ｌｅｎｇｔｈ）の変更の好まれたアプローチは屈折する変位の手段および反射変位の手段が含まれている。屈折する変位の手段は光路で挿入される１つ以上の薄いくさびプリズム（ｔｈｉｎ  ｗｅｄｇｅ  ｐｒｉｓｍ）の動きに基づいている。光路に関する薄いくさびプリズムの位置の変更によって、くさびプリズムの中の光路長さは変わる。従って、総光路長さは変わる。薄いくさびプリズムは線形往復式動きで、回転式往復運動式動きまたは回転で動くことができる。【００１９】      反射変位の手段は移動反射板システムに基づいている。反射板システムによる光路を折り、反射板システムを動かすことは効果的に光路長さを変えることができる。好まれた反射板システムは互いに関して直角に置かれる２つの反射板または単一の平らな反射板を含んでいる。【００２０】      フォーカスののため、光路長さの変更の量は非常に小さいである場合もあったりけれども精密でなければならない。これを光路に関してくさび形の光学装置を斜めに動かすことによって逹成することができる。運動学によって、くさびの１つの表面の平面に沿うより大きい動きはくさびの他の表面のより小さい変位を作成する。くさび形の光学装置はくさび形の基盤の薄いくさびプリズムまたはミラーのどれである場合もある。【００２１】      一般に、屈折する変位の手段は反射変位の手段と比べてより小さい空間を占める。しかし変位の範囲は反射変位の手段のそれより小さい。適切な変位の手段の選択は急速なフォーカスシステムか急速なズーミングシステムによって必要な光路の長さの変更の実際の量に左右される。一般に、急速なズーミングシステムの少なくとも１つの光路は反射変位の手段のためにより適している大きい間隔の変更を備えている。【００２２】      光学レイアウトの分析は物体距離、２つのレンズのグループ間の間隔と像距離の変更が割合にほとんどあり、線形関係によって関連することができることを示す。従って、同じタイプの動きの函数がこの３つの光路のフォーカスおよび一定した拡大率を逹成するために長さを変えるのに使用することができる。【００２３】      特に３Ｄカメラの適用のために、「ディスクリートな」アプローチは使用することができる。ディスクリートな反射および屈折する手段は光路の長さのディスクリートなフォーカスの位置の２Ｄイメージフレームの限られた数が近いうちに捕獲することができるように急速な離散的変化を行なうことができる。【００２４】      更に、３Ｄカメラの適用のために、急速なフォーカスシステムは同じイメージングレンズを照明パターンを投影するのに使用する構成された照明（Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄ  Ｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｏｎ）の総合システムを可能にすることができる。急��なフォーカスシステムはまた「分割的なセンサー区域」同じフレームの構造的に照らされたイメージそして同時に自然に照らされたイメージの捕獲を可能にするために構成を含むことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】      典型的な体積３Ｄディスプレイでは、小さいＳＬＭ（空間的な光変調器）はイメージの源として使用される。移動スクリーンはＳＬＭに関連して大きい。すなわち、拡大率は大きく、像距離は大きく相関的な物体距離である。付録Ａのレンズの関係式の式（Ａ１）をそして（Ａ２）参照して、小さいＳｏの小さい物体が大きい距離（大きいＳｉ）に投影される時、Ｓｏのわずかな変更はＳｉの大きい変更を作成する。付録Ｂは体積３Ｄディスプレイのためのプロジェクションの設計の例を示す。高さ８．７５ｍｍのＳＬＭは５．６２５インチ（１４２．８８ｍｍ）の体積の長さを形作るために投影される。必須のストローク（底からの上へのスクリーンの動きの直接間隔）は３インチ（７６．２ｍｍ）である。ｆ＝３６ｍｍの映写レンズは使用される。レンズの関係式の式（Ａ１）によって、０．２９ｍｍだけのＳｏの変更は３インチのＳｉの変更を与える（７６．２ｍｍ）。より大きい拡大率の場合のために、Ｓｏの必須の変更はより小さい。さらに、付録Ｂは別の重要な観察を示す：Ｓｏ対Ｓｉのカーブに図２１で説明されるように線形関係によって、近づくことができる。つまり、上記の分析は非常に小さい範囲の内のＳｏ変更によって、Ｓｉがより大きい範囲で変え、Ｓｉの変更がＳｏの動きの函数の同じタイプによって近づけることができることを示す。すなわち、Ｓｏの変更およびＳｉの変更は割合にほとんどある。【００２６】      運転の腕２０３５Ａ−Ｄが一定した速度で回るとき、回転式往復運動式のスクリーン（図１）の位置は時間に関して正弦函数（または単振動（ｓｉｍｐｌｅ  ｈａｒｍｏｎｉｃ  ｍｏｔｉｏｎ））として投射経路３０３に沿って動く。回転式往復運動式のの動きのほかに、交叉スライダークランク（ｃｒｏｓｓ  ｓｌｉｄｅｒ−ｃｒａｎｋ）のメカニズム（図３［Ａ］）または交叉スライダー偏心（ｃｒｏｓｓ  ｓｌｉｄｅｒ  ｅｃｃｅｎｔｒｉｃ  ｌｉｎｋ）メカニズム（図３［Ｂ］）のような他の慣習的なメカニズムはまた同じタイプの正弦動きを作り出すことができる。但し、スライダークランクのメカニズムで動くスクリーンにわずかに別の動きの函数がある。付録Ｅはこの２つのタイプの動きの幾何学的な分析を記述する。ＳｏにおよびＳｉにおおよその線形関係があるので、正弦動きまたはスライダークランクの動きのスクリーンの動きと合わせられるために、Ｓｏはまた正弦函数またはスライダークランクの函数で変わるべきである。【００２７】      Ｓｏの急速な、繰り返された変更を作成する第一に好まれたアプローチは「屈折する変位」によって行う。屈折率（ｎ＞１）の透明な材料をレンズと物体の間の置き、材料の厚さを変えることが有効な物体距離を変えることができることが述べられた。付録Ｃを示して、次の式は「フォーカスシフト」ｄｓと透明な材料の厚さＷ間の関係を近づける：
ｄｓ／Ｗ〜＝１−１／ｎ                                        （３）
この関係は集中光線か発散光線を持っている光学系で有効である。このフォーカスシフトは挿入された透明な材料の屈折によって引き起こされる光路長さの変更である。この光路長さの変更は透明な材料の厚さに比例している。変更の方向は光の旅行の方向の方にある（すなわち下流の方向の方に）。【００２８】      付録Ｂの設計例を適用し、０．２９ｍｍのＳｏの変更を作り出すためにｎ＝１．５１２（例えばＢＫ７ガラス）の透明な材料が使用されると仮定することは、厚さの変更
ΔＷ〜＝ΔＳｏ／（１−１／ｎ）                                （４）
ΔＷ〜＝０．２９ｍｍ／（１−１／ｎ）＝０．８５６ｍｍ
である。一般に、ΔＷはミリメートルの範囲により小さいあり。【００２９】      変更の厚さの透明な材料を光路に置き、光路に関して透明な材料を動かすことは透明な材料の中の光路の長さを変える。それにより、「屈折する変位」を逹成することができる。好まれた透明な材料は薄いくさびプリズムである。図４［Ａ］は側面図の基本的アイデアを説明する。プロジェクターシステムはイメージのパネルまたは空間的な光変調器のどれである場合もあるイメージの源３０１、および映写レンズ３０５を含んでいる。プロジェクターの照明の部品は図から省略される。薄いくさびプリズム４０１は２つの表面（４０１１及び４０１２）間の有限な刃物角がある透明な版である。別の深さに映写レンズとイメージの源間の薄いくさびプリズムを挿入することを、中心線３０３は透明な材料の別の厚さを通る。薄いくさびプリズムの動きは表面の１つ４０１１に沿ってある。プリズムに前後に動き、Ｓの動きのストローク４１１がある。プリズムが最も高い位置から最も低い位置に移る時（すなわち下りのストローク）、中心線のプリズム厚さは増加する（４１２−４１３から４１２−４１４から）。上りのストロークの間に、中心線のプリズム厚さは減る（４１２−４１３に戻って４１２−４１４から）。縦の方向のプリズムの位置におよび中心線の厚さの変更に線形関係がある。厚さの変更が光路長さの変更に比例しているので（式（３））、Ｓｏの変更におよびプリズムの縦の方向の位置にまた線形関係がある。その結果、プリズムの縦の方向の位置におよびＳｉにまた線形関係がある。従って、同じタイプの動きの函数はくさびプリズムおよびスクリーンを運転できる。【００３０】      屈折のために、プロジェクションのビームの中心線３０３が正方向を入口の表面を打つとき、出口のビーム４１０は元の中心線からわずかに逸れる。但し、この方向角は出口の表面の角度が変わらないので、プリズム位置にもかかわらず固定である。従って、この偏向の誤差はプロジェクションの中心線として新しい中心線４１０の作成によって容易に訂正することができる。さらに、厚さの変更のために、ビームの出口点の位置は１つのストロークの間に４１３から４１４をから動かす。それに応じて、出口のビーム４１０作り位置４１９への小さい平行転位。しかし、厚さの変更が非常に小さいので、この転位量はより小さい。スクリーンの生じられたイメージの位置の転位はまた小さく、前もって決定され、ＳＬＭのイメージの内容の小さい転位によって次に訂正することができる。【００３１】      図４［Ｃ］は側面図の薄いくさびプリズムの例の設計を説明する。動きのストロークはプロジェクションのビームの直径より大体等しくまたは小さい数Ｓに置くことができる。プリズムの高さは２Ｓである。動きのストロークの間に、プロジェクションの中心線は位置４０１３および４０１５の間で動く。４０１３および４０１５間の望ましい厚さの相違がΔＷなら、刃物角はΔＷおよびＳから決定することができる。【００３２】      動きを発生させるためには、１つの典型的なアプローチはクランク輪４２１、プリズムを運ぶ滑走平台４２３、およびクランクおよび滑走平台をつなぐ連接棒４２２を含んでいる、図４［Ｂ］で説明されるように、スライダークランクのメカニズム４２０を使用することである。それに応じて、スクリーンの動きはまた最もよい結果のためのスライダークランクのタイプであるべきである。【００３３】      スクリーン（Ｓｉ）が正弦函数で動けば、透明な材料の厚さは正弦函数でまた変わるべきである。動きを「回転式往復運動式の」の動きのプリズムの移動によって逹成することができる。図５［Ａ］はこの動きモードを説明する。プリズムは円動き４４０のプロジェクション３０３の中心線について回転する。但し、プリズムのオリエンテーションは回転の間に変わらない。すなわち、プリズムは自身の中心の４０１４について回らない。この回転のために、中心線３０３はプリズムの表面４０１１の円４０１０を辿る。１回転では、中心線は順に円の次のポイントを渡す：４０１５、４０１７、４０１３および４０１６。その結果、プリズムは図４［Ｃ］の側面図の４０１３と４０１５の間で交換するようである。従って、「回転式往復運動式のくさびプリズム」の縦の変位は正弦である（付録Ｅ參照）。【００３４】      図５［Ｂ］は回転式往復運動式のくさびプリズムのためのメカニズムの例を説明する。それは組のタイミングベルト４３５によってつながるまたタイミング歯車である、回転式腕４３２Ａおよび４３２Ｂを有する。連接棒４３１は２本の回転式腕を接続する。第３タイミング歯車４３３は回転式腕４３２Ａの同じ軸線４３７Ａに取付けられる。駆動ベルト４３６は回転式腕を運転する。腕は同調で回り、連接棒は「回転式往復運動式」の動きで動く。くさびプリズムは連接棒に回転式往復運動式の動きがくさびプリズムの１つの表面に平行平面にあることそのような物取付けられる。カウンターウェイトは回転式腕に（４３４Ａ及び４３４Ｂ）プリズムおよび連接棒の回転によって引き起こされる遠心力のバランスをとるために付す。従って動きは滑らかであり、振動は最小になる。プリズム動きがスクリーンの動きに合わせられるように駆動装置およびベルトはスクリーンの駆動装置に（４３３及び４３６）つながる。スクリーンが上（最高Ｓｉ）にある時、プリズムは本当はある（最高の厚さ）。スクリーンが本当はあるとき、プリズムは上にある。スクリーンの１回転はくさびプリズムの１の回転に一致させる。【００３５】      図６［Ａ］はプロジェクションのビームの偏向（図４［Ａ］の４１０）および関連誤差を除去する「二重くさびプリズム」アプローチを説明する。第２くさびプリズム４０２は移動くさびプリズム４０１への近さの投射経路に挿入される。第２プリズムの１つの表面４０２１は移動プリズムの平行表面４０１１で一直線に並び、表面４０１１との小さい空隙４５０を形作る。第２プリズムは動かない。従って、空隙の幅は固定である。第２くさびプリズムに移動くさびプリズムと同じ刃物角がある。第２くさびプリズムは２つのプリズムの外面、４０１２および４０２２の２つが、平行常にであることそのような物方向づけられる。プロジェクションの中心線３０３は正方向で両方の外面を横断するために方向づけられる。【００３６】      更に、プリズムは両方とも１だけの代りに、動くために作ることができる。図７［Ａ］は考えを説明する。２つのプリズムは同じ動きで反対の方向で丁度動く。２つのくさびプリズムが厚さの変更に同時に貢献するので、同じくさびプリズムが使用されれば、動きのストロークは１／２減る。それに応じて、回転式腕のサイズおよびくさびプリズムは減らすもことができる。このそれ以上は実施を簡単にし、振動を減らす。【００３７】      図７［Ｂ］は二重移動くさびプリズムシステムの具体化の例を説明する。基本的に、それは図５［Ｂ］の２つの回転式往復運動式のメカニズムを含んでいる。各々の回転式往復運動式メカニズムは１つのプリズムを運転する。各回転式往復運動式のメカニズムの組の回転式腕は基盤７０２に回転式軸受けの使用によって取付けられる同じ組の軸に（４３７Ａ及び４３７Ｂ）取付けられる。従って、２つの回転式往復運動式のメカニズムの動きはつながる。図７［Ｂ］では、くさびプリズムは中間のの代りにメカニズムの１つの端に、置かれる。カウンターウェイト７０１が正しい位置で重心を維持するのに使用されている。２つのくさびプリズム（対応する連接棒およびカウンターウェイトと）は１８０度の位相差を用いる回転式腕に置かれる。これは２つのくさびプリズム間の必須の相対運動しか提供しないが、また回転の間に釣り合った遠心力を提供する。【００３８】      厚さの変化を作成するもう一つの方法はくさびプリズムを回すことである。図８［Ａ］は透視図の円ディスク４０１Ｆの形で薄いくさびプリズムを、説明する。プリズムは中心の４０１４を渡す軸線６０１について回る。プリズムが回る時、プロジェクションのビームの中心線３０３旅行円トラック４０１０および順に次のポイントを通したパス：４０１５、４０１６、４０１３および４０１７。従って、中心線３０３のプリズムの厚さの変更は図５［Ａ］の状態と基本的に同じである。【００３９】      プロジェクションのビームの偏向を除去するためには、第２回転くさびプリズム４０２Ｆは「二重くさびプリズム」構成を形作るように加えられる。図８［Ｂ］および８［Ｃ］は透視図の考えを説明する。プリズム４０２Ｆはプリズム４０１Ｆと同一である。プリズム４０２Ｆは軸線６０２のまわりで回る。軸線６０２は軸線６０１に平行である。２つのプリズムは同じ速度で同じ方向で回る（５１１及び６１１）。反対の方向から入って、それらは表面積の部分が付いているイメージのビーム３０３を横取りする。２つのプリズムの内部の表面は平行空隙を形作る。まだ、２つのプリズムは１８０度の位相差と方向づけられる。すなわち、４０１Ｆの最も薄い部分が中心線３０３を渡すとき、４０２Ｆの最も溥い部分はまた図８［Ｂ］で示されているように中心線３０３を、渡す。この位相差の関係を説明するためには、黒い点６１０はプリズムの最も厚い部分を示す。図８［Ｃ］は図８［Ｂ］の位置から９０度を回す２つのプリズムを示す。その結果、２つのプリズムの外面は平行常にである。【００４０】      図９［Ａ］はプロジェクションのビーム３０３のまわりでクローズアップの眺めを示す。２つのプリズムに図８［Ｂ］の位置から１８０度を回し、一緒に一直線に並ぶ最も厚い部品がある。１つのくさびプリズムだけ使用されれば、出口のビームは４１０Ａとして逸れる。第２プリズム４０２Ｆによって、出口のビームは訂正され、元の中心線３０３に平行である６２０Ａになる。６２０Ａと中心線３０３間に小さい位置の転位がある。外面（４０１２および４０２２）のオリエンテーションがプリズムが回ると同時に変わるので、この小さい位置の転位はまた回る。更に、それらが回る時２つのプリズム変更の総厚さがまた、この小さい位置の転位の量変わるので、図９［Ａ］では、プリズムの総厚さが最高のとき、出口のビーム６２０Ａの転位は中心線３０３の下にある。図９［Ｂ］では、総厚さが最低のとき、出口のビームの転位は少量６２０Ｂ中心線３０３の上にある。但し、この転位の量そしてオリエンテーションは２つのくさびプリズムおよび回転角度の幾何学から前もって決定することができる。従って、この転位は反対の方向の方のＳＬＭのイメージの内容の変位の補償によって訂正することができる。すなわち、そのような補償と、組の２つの回転くさびプリズムは「屈折する変位」の目的を逹成できる。この「二重回転薄いくさびプリズム」方法は正弦タイプのスクリーンの動きに一致させる正弦函数の厚さの変更を発生させる。【００４１】      転位を除去するためにお好みであれば、第２組の回転くさびプリズムは加えることができる。図１０［Ａ］で説明されるように、この第２組（４０１Ｂ及び４０２Ｂ）は最初の組と同一であるが、最初の組の鏡像のような位置である。その結果、第２組のプリズムの屈折は元の中心線６２１に移されたプロジェクションのビーム６２０を戻す。実際に、４０１Ｆおよび４０１Ｂは１つのシャフトに取付けることができる。４０２Ｆおよび４０２Ｂは別のシャフトに取付けることができる。２つのシャフトはタイミングベルトおよびギヤのシステムによって運転することができる。この４プリズムシステムでは、４つのプリズムは厚さの変更に貢献する。各プリズムはこうしてΔＷ／４の最高の厚さの相違を提供する。【００４２】      転位を除去するもう一つの方法は図１０［Ｂ］で示されているようにミラーを、使用することである。ミラー２２１は組の回転くさびプリズム後に置かれた。ミラーはプリズムに戻って転置されたビーム６２０を反映する。光学的に、これは図１０［Ａ］の４プリズムシステムに類似している。偏光ビームスプリッター３９２および四分の一波長リターダブレート３９２はＳＬＭ６２１から道および映写レンズに導く道を分けるように要求される。プロジェクションのビーム３０３は偏光される。【００４３】      上で記述されている「屈折する変位」方法は一定した拡大率を維持しない。従って、生じられた表示空間に台形側向がある。表示空間の幾何学が固定、前もって決定することができるので、イメージのサイズはプロジェクションの前に体積３Ｄイメージが最低のゆがみと表示することができるように調節することができる。【００４４】      一定した拡大率が望まれれば、そして移動ズームレンズは必要である。ズームレンズ構成では、２つの移動可能なレンズのグループはそれぞれ変化器（ｖａｒｉａｔｏｒ）および補正器（ｃｏｍｐｅｎｓａｔｏｒ）と呼ばれる。変化器の機能は拡大率を調節している。補正器の機能はフォーカスである。これは次の文献の記述に従ってある：Ｅ．Ｂｅｔｅｎｓｋｙ“Ｚｏｏｍ  ｌｅｎｓ  ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ  ａｎｄ  ｔｙｐｅｓ”，ｉｎ  Ｌｅｎｓ  Ｄｅｓｉｇｎ，ｅｄ．ｂｙ  Ｗ．Ｊ．Ｓｍｉｔｈ，ＳＰＩＥ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ  Ｐｒｅｓｓ，Ｂｅｌｌｉｎｇｈａｍ，Ｗａｓｈｉｎｇｔｏｎ，１９９２，ｐ．８８。付録Ｄは移動ズームレンズの光学設計の概要を描き、体積３Ｄディスプレイの爲に例の設計を記述する。一般に、付録Ｄで示されているように、像距離（Ｓｉ）が余りに大きくない時、補正器は後部に（ＳＬＭに近い）あり、必須の変位は数のミリメートルより小さい。従って、前に記述されているフォーカスシステムは使用することができる。但し、変化器の必須の変位は複数のセンチメートルの範囲にある。慣習的なアプローチでは、変化器は交換動きでスライダークランクのメカニズム、交叉スライダークランクのメカニズム（図３［Ａ］）または交叉スライダー偏心のメカニズム（図３［Ｂ］）の使用によって直接動かすことができる。但し、変化器のサイズが大きければ、直接運転は好まれない。【００４５】      代わりに、好まれたアプローチは変化器を静止した保ち、変化器と補正器間の光路長さを調節することである。図１１［Ａ］は側面図の好まれたアプローチの基本概念を説明する。ズームレンズはレンズのグループ３０５Ａ（補正器）および変化器３０５Ｂを含んでいる。反射板１３０１および１３０２（９０°に互いに置かれて）は１８０゜によって補正器と変化器間の光路を折る。すなわち、出口道１０１０は道３０３に平行である。間隔Ｙによって位置１３０１及び１３０２と位置１３０１Ａ及び１３０２Ａの間で一対反射板を一緒に動かすことによって、補正器と変化器間の光路長さは２Ｙによって変わる。ズームレンズは補正器と変化器間の十分な一対反射板の挿入を収容するために空間を持つように設計することができる。フォーカスシステム１０００は物体距離の道に置かれる。図３［Ｃ］は一対反射板１３０１及び１３０２を運転するための好まれたメカニズムを説明する。これは図１のスクリーンの駆動装置に類似しているＴｓａｏ米国特許６，３０２，５４２（図５ｂ）で記述されている「回転式往復運動式の反射板システム」である。従って、Ｙの動きは図１のスクリーンの動きに容易に合わせることができる。スクリーンがスライダークランクの動きにあれば、一対反射板はスライダークランクのメカニズムによってまた動かすことができる。同様に、フォーカスシステム１０００の動きに同じタイプの動きの函数があるべきである。【００４６】      プロジェクターシステムが偏光イメージを発生させれば、単一の平らな反射板が変化器と補正器間の間隔を調節するのに使用することができる。図１１［Ｂ］はそのような例を説明する。投射経路３０３はＳＬＭをようにＳ偏光去る。レンズのグループ３０５Ａを通ることの後に、プロジェクションのビームは偏光ビームスプリッター３９２によって移動反射板３９１の方に反映される。四分の一波長リターダブレート３９３の効果のために、出て行くビーム１０１０はＰ偏光ようなる。間隔Ｙによって反射板３９１を動かすことによって、補正器と変化器間の光路は２Ｙによって変わる。図１１［Ａ］の例に類似した、単一の移動反射板３９１は回転式往復運動式のメカニズムまたはスライダークランクのメカニズムによって運転することができる。【００４７】      図１１［Ｂ］では、反射板３９１の動きの方向は投射経路の方向に平行である。代替方式は斜めの方向で単一の平らな反射板を動かすことである。図１２［Ａ］は側面図の考えを説明する。単一の平らな反射板３９１はくさび形の基盤７０の１つの表面７２にある。投射経路３０３は直角で反射板の表面を横断する。しかし基盤は（反射板を運ぶ）、７９５によって示されるように、くさびの他の表面７１の平面に沿って動く。すなわち、反射板は投射経路に関連して斜めに動く。便宜上、これは「斜めに移動反射板」と呼ばれる。側面図では、くさびが間隔Ｓ（７０から７０Ａへの）７９５によって動くとき、反射板の表面はある７１３から７１４まで間隔（Ｓｓｉｎα）（α刃物角はある）によって動く。すなわち、斜めの平面に沿う動きは光路に沿う反射板の比較的小さい変位を発生させる。斜めに移動反射板は回転式往復運動式のメカニズムによって正弦函数の光路の変更を発生させるために運転することができる。それはまたスライダークランクのメカニズムによってスライダークランク函数の光路の変更を発生させるために運転することができる。【００４８】      概要では、好まれた移動ズームレンズシステムは物体距離の道のフォーカスシステム、および補正器および変化器間の移動反射板システムを含んでいる。移動反射板システムは補正器と変化器間の（光学）間隔を調節する。フォーカスシステムは物体距離（Ｓｏ）を調節する。移動反射板システムは動く一対反射板（図１１［Ａ］）、単一の移動反射板（図１１［Ｂ］）、または斜めに移動反射板（図１２［Ａ］）のどちらである場合もある。好まれたフォーカスシステムは移動くさびプリズムシステムである。物体距離、２つのレンズのグループ間の間隔と像距離の変更が割合にほとんどあり、線形関係によって関連することができることを光学レイアウトの分析（付録Ｄ）は示す。従って、同じタイプの動き函数がこの３つの光路のフォーカスおよび一定した拡大率を逹成するために長さを変えるのに使用することができる。【００４９】      表１は体積３Ｄディスプレイのための移動ズームレンズの例の設計を示したものだ。拡大率およびスクリーンの動きのストロークは付録Ｂの例に従って置かれる。物体距離の変更（ΔＳｏ）は１．１１ｍｍである。補正器と変化器間の間隔の変更（ΔＤ）は２８．２１ｍｍである。
【表１】
2010079233.tif 000003
【００５０】      物体距離が十分に大きければ、図１２［Ａ］の斜めに移動反射板システムはまたフォーカスシステムとして使用することができる。これはＳｏの急速な、繰り返された変更を作成するための「反射変位」のもう一つの好まれたアプローチである。図１２［Ｂ］は斜めに移動反射板７００との偏光ビームスプリッターを使用する例を説明する。ＳＬＭが反射タイプなら、照明のビームは方向３０３Ｃから来る。図１２［Ｃ］は反射ＳＬＭ３０１が付いているＴＩＲ（全内部反射）プリズム３９６を使用する別の例を説明する。照明のビームは方向３０３Ｃから来る。ＳＬＭから反映されるビーム（３０３Ｂ）はＴＩＲの空隙を渡し、斜めに移動反射板７００に逹する。ビーム３０３Ｂと斜めに移動反射板によって反映されるビーム３０３Ｄ間に有限な角度がある。ビーム３０３ＤはＴＩＲの表面３９６に反映され、映写レンズ３０５に逹する。この有限な角度のために、反射板が７１５から７１６をから動かすとき、出口のビームの中心線３０３は３０３Ｅに平行転位を作る。厚さの変更が非常に小さいので、図４［Ａ］の状態に類似した、この転位はまた小さい。この転位はＳＬＭのイメージの内容の小さい転位によって前もって決定され、次に訂正することができる。【００５１】      斜めの移動反射板（図１２［Ａ］）および移動薄いくさびプリズム（図４［Ａ］）使用運動学の同じ原理。装置に両方ともくさび形構成がある。くさびの１つの表面の平面に沿うより大きい動きはくさびの他の表面のより小さい変位を作成する。これは特に必須の反射板の変位が小さいとき、機械複雑さおよび費用によって有利である。これは精密な刃物角および正常なサイズのメカニズムを作ることは非常に小さく、非常に精密な動きのストロークのメカニズムより容易であるのである。もう一つの利点は反射板の変位が刃物角の変更によって動きのメカニズムをことをことを変えないで調節することができることである。実際に、これは調節可能な刃物角の基盤を作ることである。薄いくさびプリズムは作り螺旋形の表面または他の形のディスクよりまた易い。
Ｓｏが固定であり、Ｄだけ変わる、２つのレンズのグループのズームレンズは可変的なフォーカスシステムになる。付録Ｄ表Ｄ２は例を示す。【００５２】      イメージングの適用の場合、急速なフォーカスおよびズーミングシステムは同じような方法但し例外としては反対方向の光旅行で使用される。プロジェクターの物体空間はカメラの像空間になる。イメージセンサーはＳＬＭを取り替える。体積３Ｄディスプレイの像空間（表示空間）は「体積３Ｄカメラ」の物体空間になる。ＳＬＭからの移動スクリーンへの複数の画像フレームの投影の代わりでは、体積３Ｄカメラはイメージセンサーに物体空間からの複数の画像フレームを捕獲する。可逆性の原則のために、物体およびイメージは（およびＳｏおよびＳｉ）実際に交換可能である。便宜上、付録Ａの関係式に一致させるために、本明細書でカメラのイメージセンサーは図２０の左側にに置かれ。すなわち、Ｓｏは像距離を表し、Ｓｉはカメラシステムの物体距離を表す。このように、付録Ａの他の変数そして関係式は直接使用することができる。【００５３】      一般に、維持の一定した拡大率は体積３Ｄイメージングの適用で絶対に必要でない。拡大率の変化は画像処理の段階で訂正されるかもしれない。但し、ＳＦＦおよびＤＦＤの方法に一定した拡大率を提供する光学系を有することを好む。ＮａｙａｒおよびＮａｋａｇａｗａのペーパー（ＳＦＦ方法）では、イメージセンサーおよびレンズは固定である。物体は平台によって物体の平曲が物体を「スキャンする」ように、動く。その結果、あらゆるイメージフレームの最もよいフォーカスの物体の表面ポイントに同じ拡大率がある。最もよいフォーカスのそれらのポイントの近くの表面ポイントにまたほぼ同じ位の拡大率がある。それに応じて、２つのタイプのスキャンはこのタイプのＳＦＦ方法と使用することができる。【００５４】      第一のタイプは「移動反射板システムによる物体の道の補償」である。このアプローチはすべての変数（Ｓｉ、ＤおよびＳｏ）を変わらずに保つ。イメージングレンズの後に置かれる移動反射板システムの使用によって物体の平面はカメラ・ボディを動かさないで動かすことができる。図１３［Ａ］は単一の移動反射板の好まれたシステムを説明する。この図は図１１［Ｂ］に類似している、但し例外としては移動反射板システムはレンズ３０５の後に置かれたり、空間にレンズのグループの間に置かれない。図１３ｂは別の好まれたシステムを説明する。このシステムは図１１ａと同じような動く一対反射板を（１３０１および１３０２）使用する。動く一対反射板および動く単一の平らな反射板は両方好まれた「回転式往復運動式のメカニズム」のによって運転することができる。これらのシステムは基本的にＴｓａｏ（米国特許５，９５４，４１４）およびＴｓａｏ（米国特許６，３０２，５４２）で記述されている体積３Ｄディスプレイの「イメージ伝逹システム」のである。ここに、システムはイメージングの爲に反対方向で使用される。これらのシステムの光学効果はＮａｙａｒおよびＮａｋａｇａｗａの移動可能な物体の平台と同等である。更に、これらのシステムが移動平台に置くことができない物体のイメージを捕獲するのに使用することができる。【００５５】      第２タイプは「移動ズームレンズシステムによるスキャン物体平面」である。前に記述されている移動ズームレンズシステムが３Ｄカメラシステムで一定した拡大率を維持するのに使用することができる。物体の平面が物体を渡ってスキャンするとき、像の平面はイメージセンサーで常に保つことができる。効果はＮａｙａｒおよびＮａｋａｇａｗａの移動可能な物体の平台に類似している。更に、移動ズームレンズの使用によって、カメラは大きい距離で深いスキャン範囲を有することができる。【００５６】      渡辺等によるペーパーで（ＤＦＤ方法）は、カメラは図１４で示されているようにレンズの前部焦点平面に、置かれる開き１０７を使用する。開きの中心を渡す光線３３は光軸１０３に平行になる。すなわち、像空間はＴｅｌｅｃｅｎｔｒｉｃなり、拡大率は一定している。それに応じて、このタイプのＤＦＤ方法は別のタイプのスキャンを使用する：「Ｔｅｌｅｃｅｎｔｒｉｃ組み立ての急速なフォーカスシステムによるスキャン画面」。これは位置１０００で光路の長さ変更システムを挿入することである。物体の側の光線は変わらない、けれども光路の長さ変更システムは像の平面を転置し、位置１０５Ａおよび１０５Ｂ間にイメージセンサー１０１を渡ってスキャンするために像の平面を作る。光学効果は渡辺が等使用する転置されたカメラと同等である。さらに、より多くの位置でイメージは、像の平面を動かすことによって捕獲することができる。原則に、２つのイメージが深さマップを再建する十分であるが、イメージのより多くの細部を、テクスチャおよび色のような得るにはが、より多くのイメージは有用である場合もある。光路の長さ変更システムは、前に記述されていた移動薄いくさびプリズムおよび斜めに移動反射板を含む、「屈折する変位手段」か「反射変位手段」を使用できる。【００５７】      ３Ｄカメラの適用では、フォーカスおよびズーミングシステムのスキャンの動きは前後でなくてもよろしくない。従って、背景セクションで記述されているＦａｎｔｏｎｅ等（米国特許６，０６６，８５７）の螺旋形の表面が付いている回転ディスクは「屈折する変位方法」として使用できる。但し、螺旋形の表面のどの有限な区域でも実際に「平らな」表面でないが、わずかに歪んだ表面である。これはイメージが「棒」形であるのでバー・コード読取システムのための問題でないかもしれない。しかしこれにより完全なフレームの２Ｄイメージングでゆがみを引き起こすことができる。ゆがみを除去するためには、一致の螺旋形の形は螺旋形ディスクの背部で静止したくさびプリズムを取り替えるべきである。単純な解決方法は一致の螺旋形ディスク（またはそれの部分）を使用することである。図６［Ｂ］は組み立てを説明する。ディスク４８１に螺旋形の前側４８１１がある。裏側は平らである。一致のディスク４８１Ａはディスク４８１の近くにディスク４８１の背部との小さい平行空隙を形作るために置かれる。そのようなフォーカスシステムはまた回転螺旋形（ｈｅｌｉｃａｌ）のスクリーンか回転螺線形（ｓｐｉｒａｌ）のスクリーンを使用する体積３Ｄディスプレイで使用することができる。【００５８】      前に記述されていた光路の長さの変更の手段は連続的な変更を作成する。但し、既に、ＤＦＤ方法で、それを指摘されるようにディスクリートなフォーカスの位置で取られるイメージフレームの限られた数からの物体の３Ｄイメージを再建することは可能である。あらゆるスキャンのイメージフレームの数の減少によって高速３Ｄ動きを捕獲するために、スキャンの率は高めることができる。このために、速くしかしディスクリートなフォーカスのための方法およびズーミングは好まれる。２つの好まれたアプローチがある：「ディスクリートな反射板システム」および「ディスクリートな屈折するシステム」。【００５９】      図１５［Ａ］および１５［Ｂ］はディスクリートな反射板システムの好まれた具体化を説明する。
ディスクリートな反射板５８０は階段のように反射表面持っている。各階段ステップ（５８１ａ、５８１ｂ．．．５８１ｇ）に互いに平行であるが、別の高度（厚さ）がある。ディスクは中心線５９０のまわりで回る。光路１０３は回転中心線５９０を離れて位置をディスクを打つ。従って、イメージングのビーム５９２は円形に５９４異なった反射ステップに沿って移動する。図１５［Ｂ］は図１１［Ｂ］と同じような移動反射板システムのディスクリートな反射板を説明する。ステップ間隔がｄなら、１つのステップは２ｄの路程の相違を生じる。代わりに、ディスクリートな反射板は必要なボディでなくてもよろしくない。それは別の厚さ（高度）の個々の反射板を運ぶ車輪である場合もある。【００６０】      図１５［Ｃ］は各位置のよりディスクリートな位置を作成すると増加するセンサーの露光時間の利点がある二重単位システムを説明する。階段のように反射板の単一ディスクを使用して、それはＭのステップがＭの異なった位置を作成することを必要とする。二重単位ではＭｘＮの異なった反射板の位置を作成するために、Ｍの反射板のステップの単位およびＮの反射板のステップの単位は結合される。これは図１５［Ｃ］の例システムで説明される。反射板ディスク階段のように２つは偏光ビームスプリッター３９２の反対側に置かれる。５８０Ａは４つの反射板のステップがある第１の階段のように反射板ディスク説明する（索引０、４、８そして１２によって示される）。５８０Ｂは４つの反射板のステップがある第２の階段のように反射板ディスクを説明する（索引０、１、２そして３によって示される）。第２のディスクの隣接したステップ間の間隔はｄである。第一のディスクの隣接したステップ間の間隔は４ｄである。組合せは表２で示されている。索引ａ、ｂ．．．ｐを表すディスクのまた角順序である時間順序を指示しなさい。第２列の各数はイメージング道１０３に動く第一のディスクの反射板のステップの索引を表す。同様に、第３列は第２のディスクである。反射板のステップ索引はまたそのステップによって引き起こされる反射板の位置の変更の実際の量を（ｄによって）表す。第４列はｄによって総反射板の位置の変更である。
【表２】
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【００６１】      光学的に、線形偏光フィルター５７１ｓはｓ状態に入って来るビームを変える。偏光ビームスプリッターは第一のディスクにｓ偏光ビームを反映する。四分の一波長リターダブレート３９３ａは偏光ビームスプリッターを渡すことができるｐ状態に第一のディスクから反映されるビームを変える。第二の四分の一波長リターダブレート３９３ｂはＰＢＳに反映し、レンズ３０５Ａに逹するｓ状態に第２ディスクから反映されるビームを変える。【００６２】      第一のディスクが１つの回転（０−４−８−１２）を回すとき、第２ディスクは４つの回転（０−１−２−３の４回）を回すことを表２はまた示したものだ、実際に、タイミング歯車かタイミングベルトは２枚のディスク間の速度および段階の関係を維持するのに使用することができる。その結果、合計はの４ｘ４＝１６の反射板の位置作成することができる。１枚のディスクだけ使用していたら、それは１６の反射板のステップが１６の位置を作成することを必要とする。４ステップディスクを使用して、１６ステップディスクの代りに、ディスクサイズを減らし、あらゆる反射板の位置で露光時間を増加できる。これは図１５［Ｄ］で更に説明される。５６１ｂと５６１ｃ間の角の間隔は１６ステップディスクの１つのステップの幅を表す、ディスクに４つのステップだけあれば、ステップ幅は５６１ａから５６１ｂにある。この空間はより大きいビームに断面５９２ｂおよびより長い露光時間（５６１１と５６１２間で）を与える。【００６３】      第２ディスクリートな反射板システムの好んだ具体化は切替可能な多層液晶の反射板の単位を含んでいる。異なった電圧の適用によって、多数の反射層の１つはつけることができる。
Ｂｕｚａｋ米国特許４，６７０，７４４およびペーパー“Ａ  Ｆｉｅｌｄ−ｓｅｑｕｅｎｔｉａｌ  Ｄｉｓｃｒｅｔｅ−Ｄｅｐｔｈ−Ｐｌａｎｅ  Ｔｈｒｅｅ−Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ  Ｄｉｓｐｌａｙ”，ＳＩＤ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ  ｖ．１６  １９８５，ｐ．３４５（ＳＩＤ  ８５  Ｄｉｇｅｓｔ）このタイプの切替可能な多層反射板の単位を記述する。２通の文書は参照によって本発明のためにここに組み込まれる。図１６［Ａ］は図１１［Ｂ］と同じようなシステムの好まれた具体化を説明する。切替可能な反射板の単位６８０はガラス（６８３ａ、６８３ｂ．．．）の多数の層で構成するそして交互になる順序で２つのタイプのガラスの間で挟まる液晶の層を持っている。層６８１ａ、６８１ｂ．．．等は切替可能な半波リターダの層である。切替可能な半波リターダの層はＢｕｚａｋ著記述されているπ素子（πｃｅｌｌ）またはｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ液晶（ＦＬＣ）の層のどれである場合もある（Ｌｏｎｇｍｏｎｔ、コロラド州のＤｉｓｐｌａｙｔｅｃｈは単一セルプロダクトを提供する）。切替可能な液晶素子は電気で転換することができる。層６８２ａ、６８２ｂ．．．等は螺旋形のｃｈｉｒａｌ素子（ｃｈｉｒａｌ  ｃｅｌｌ）である。螺旋形のｃｈｉｒａｌ素子は切替可能でない。それは左利き（Ｌｅｆｔ  ｈａｎｄｅｄ）（Ｌｃ）または右利き（Ｒｉｇｈｔ  ｈａｎｄｅｄ）（Ｒｃ）である。イメージングのビームはレンズ３０５Ｂから入る。ビームは最初に右利きの螺旋形にｃｈｉｒａｌ素子（Ｒｃ）６９３を渡し、左利き円形に偏光（Ｌ）（Ｌｅｆｔ    ｃｉｒｃｕｌａｒｌｙ  ｐｏｌａｒｉｚｅｄ）になる。４５度の誘電性（ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ）の反射板６９３で、ビームは９０度反映され、右利き円形に偏光（Ｒ）に変える。切替可能な半波リターダ６８１ａの最初の層は消える。螺旋形のｃｈｉｒａｌ素子のすべての層は左利きである。従って、Ｒ状態のビームは層６８１ａおよび６８２ａを通り、Ｒ状態を維持する。切替可能な半波リターダ６８１ｂの第２層はつく、従って、ビームはこの層を渡し、左利き円形に偏光（Ｌ）になる。次の層は、左利きの螺旋形のｃｈｉｒａｌ素子左利き円形の偏光ビームを反映する。ビームはの第２層に（ついている）切替可能な半波リターダ６８１ｂを二度渡し、Ｒ状態に戻って回る。Ｒ状態のビームはそれから単位を出て行くことができ、レンズ３０５Ａに逹するために誘電性の反射板６９２をに渡す。１つの切替可能な半波リターダの層だけつけることによって、イメージングのビームはその層を後反映する。【００６４】      望まれた場合または便利、階段のように反射板および切替可能な多層反射板システム結合することができる。【００６５】      「ディスクリートな屈折するシステム」は透明な材料の厚さを分離変える。第１の好んだ具体化は階段のように透明なディスクを含んでいる。ディスクは図１５［Ａ］の階段のように反射板ディスク５８０に丁度類似している見る、但し例外としてはディスクは透明である。異なった階段ステップは別の厚さを提供する。Ｓｕｌｌｉｖａｎ米国特許出願公開第２００３／００６７４２１は変フォーカスの投射系で使用されるそのようなディスクを記述する。代わりに、Ｆａｎｔｏｎｅ米国特許６，０６６，８５７（図１０）は別の厚さの平行の版が付いている車輪を記述する。これらの文書は参照によって本発明のためにここに組み込まれる。【００６６】      単一ディスクを使用するかわりに図１５［Ｄ］で、説明される同じ理由のために多数ディスクの組合せはディスクサイズを減らし、各厚さの組合せの露光時間を増加できる。図１６［Ｂ］は二重ディスクシステムを説明する。２枚のディスク、８５０Ａおよび８５０Ｂは同じ軸線８９０に、置かれる。平背は互いに直面し、平行小さい空隙を形作る。第１のディスク８５０Ａに基盤から測定される０、４ｔ、８ｔおよび１２ｔの厚さの相違を用いる４つのステップがある。第２のディスクに０、ｔ、２ｔおよび３ｔの厚さの相違を用いる４つのステップがある。表３は表２のディスクリートな反射板システムに一致させるシステムの１６の厚さの組合せを示す。ディスクリートな反射板の例に類似した、第２のディスク（８５０Ｂ）は４倍に第１のディスク（８５０Ａ）の速度を回す。
【表３】
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【００６７】      一般に、ディスクリートな反射板システムにセンチメートルの範囲があり、ディスクリートな屈折するシステムに複数のミリメートルより小さい範囲がある。【００６８】カメラの適用のためのレンズの設計例：
後で記述されている設計例は主に光学部品のおおよその位置を説明することである。高位イメージの訂正は構成の位置を徹底的に変えないので考慮されない、設計は付録の一次のレイアウトの関係式に基づいている。【００６９】シナリオ（１）：物体のサイズ＞イメージセンサーのサイズ
このシナリオは中間の範囲に短い範囲に物体のイメージングのためである。表４は移動ズームレンズの設計の３つの場合を示したものだ。いずれの場合も、約８．８−１０ｍｍのイメージセンサーのサイズは仮定される。例Ａは２ｍのスキャン深さ、１０ｍの距離で１．７５ｍの高さの人のイメージングと大体同等である。例Ｂは２．５ｍの距離で０．５ｍの深さ、０．５ｍの高さの物体のイメージングと大体同等である。例Ｃは５０ｃｍの距離で１０ｃｍの深さ、１０ｃｍの高さの物体のイメージングと深く大体同等である。拡大率（ｍ＝物体のサイズ／イメージセンサーの高さ）およびこの３つの場合の物体距離（ここのＳｉ）は比例している。これらの条件の下、正の屈折力の補正器（ｆＡ＞０）および正の屈折力の変化器（ｆＢ＞０およびｆＢ＞＞ｆＡ）は必須のスキャンのメカニズムのための適切なＳｏそしてＤを与える。  生じられたΔＳｏはミリメートルの範囲にあり、ΔＤはセンチメートルの範囲である。例えば、連続的なスキャンの物体の平面が付いている移動ズームレンズシステムを組み立てるために、回転式往復運動式のくさびプリズム（図６［ａ］）のシステムがＤを変えるのに使用することができる、回転式往復運動式の反射板システム（例えば図３［Ｃ］）Ｓｏを変えるのに使用することができる。両方とも同じタイプの「正弦」動きの函数がある。ディスクリートな位置のシステムを組み立てるためには、ディスクリートで透明なディスク（例えば図１７［Ａ］）がＤを変えるのに使用することができる、ディスクリートな反射板の単位（例えば図１５［Ｃ］）Ｓｏを変えるのに使用することができる。
【表４】
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【００７０】      本発明のカメラシステムの最も重要な変数の１つは縦方向の解像度である。縦方向の解度（ｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌ  ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ）は次の式によって縦倍率（ｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌ  ｍａｇｎｉｆｉｃａｔｉｏｎ）ｍ１およびフォーカスの深さ（ｄｅｐｔｈ  ｏｆ  ｆｏｃｕｓ）δと関連していることができる：
縦方向の解像度（最低の物体のスライスの厚さ）      ｔｓ＝δｍ１
參照Ｆｉｓｃｈｅｒ  ａｎｄ  Ｔａｄｉｃ−Ｇａｌｅｂ，Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍ  Ｄｅｓｉｇｎ，ＭｃＧｒａｗ−Ｈｉｌｌ，Ｎｅｗ  Ｙｏｒｋ，２０００，ｐ．１６−１７：
縦倍率ｍ１＝ΔＳｉ／ΔＳｏ．
従って、
縦方向の解像度    ｔｓ＝δｍ１＝δΔＳｉ／ΔＳｏ
スライスの最大数  Ｎｓ＝ΔＳｉ／ｔｓ＝ΔＳｏ／δ
イメージングの光学系の最もよい（最も小さい）フォーカスの深さはＲａｙｌｅｉｇｈ’ｓの規準（λ／４の波頭の誤差）によって限られる（参考Ｆｉｓｃｈｅｒ  ａｎｄ  Ｔａｄｉｃ−Ｇａｌｅｂ，Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍ  Ｄｅｓｉｇｎ，ｐ．５７）：
δ＝＋／−２λ（ｆ／＃）２〜＝＋／−（ｆ／＃）２（単位；マイクロメートル）
ｆ／＃は光学系のｗｏｒｋｉｎｇ  ｆ−ｎｕｍｂｅｒである。表５はｆ／＃＝２か３の仮定の下で、例Ａ−Ｃで逹成可能な最もよい縦方向の解像度をそれぞれ示す。
【表５】
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【００７１】      フォーカスシステムが一定した拡大率を維持しなければ、縦方向の解像度は大いにより悪い。固定焦点距離レンズのための、縦倍率は側面拡大率の平方である：（参考Ｆｉｓｃｈｅｒ  ａｎｄ  Ｔａｄｉｃ−Ｇａｌｅｂ，Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍ  Ｄｅｓｉｇｎ，ｐ．１６）
縦倍率      ｍ１＝ΔＳｉ／ΔＳｏ＝ｍ２
表６は単一の固定焦点距離レンズを使用して例を示す、物体距離Ｓｉおよびスキャンの深さＳは表４の値に一致させるために置かれる。生じられた最もよい縦方向の解像度は表７で示されている。私逹は固定焦点距離のレンズが低い拡大率および短間隔の状態の受諾可能な縦方向の解像度だけを有することができることを見ることができる。
【表６】
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【表７】
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【００７２】シナリオ（２）：長距離のズームレンズ
このシナリオは長距離に大きい物体のイメージングまたは中間の範囲に小さい体積のイメージングである。表８はこの２つの状態を示す。８．８−１０ｍｍのイメージセンサーが高い使用されることがまだ仮定される。例Ｇは１００ｍの距離で２０ｍの深さ、５ｍの高さの物体（例えば建物の部品）のイメージングと大体同等である。例Ｈは５ｍの距離で２０ｃｍの深さ、１４ｃｍの高さの物体のイメージングと大体同等である。これらの例は例Ａ−Ｃより高いズーム力を要求する。従って、Ｔｅｌｅｐｈｏｔｏ（Ｍａｇｎａｒ）レンズの設計（正の屈折力のｆＢ、負の屈折力のｆＡ）は好まれる。これらの条件の下で、ΔＳｏは一般にΔＤより大きい。例Ｇでは、ΔＳｏおよびΔＤは両方センチメートルの範囲にある。連続的なスキャンシステムを組み立てるためには、移動反射板システムはＳｏ変更の単位およびＤの変更の単位両方のために好まれる。ディスクリートなスキャンシステムを組み立てるためには、両方の変数のためにディスクリートな反射板システムを使用しなさい。例Ｈでは、ΔＤはミリメートルの範囲にある。屈折する変位単位は使用することができる。レンズのグループが直接動くとき、レンズ分かれる３０５Ｂは表４と表８で示されているように量の（Ｄ＋Ｓｏ）、動く必要がある。
【表８】
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【００７３】シナリオ（３）：物体のサイズ＜＜イメージセンサーのサイズ
このシナリオは顕微鏡３Ｄカメラである。図１７では、９２０は顕微鏡の対物レンズである。
イメージセンサーは像の平面９０１にある。物体の平面９１１はサンプル空間９１０。３３にである主光線（ｐｒｉｍａｒｙ  ｒａｙ）あり、３４は軸光線（ａｘｉａｌ  ｒａｙ）である。深さを急速にスキャンするためには、「屈折する変位」装置９３０は光路に有効な路程を変えるように挿入される。３３ａおよび３４ａは屈折させた光線を示す。９１１ａは転置された物体の平面を示す。空間問題のために、長い作動距離の顕微鏡の対物レンズは好まれる。一般的な顕微鏡の組み立てのほかに、屈折する変位装置はまた急速な深さのスキャンのために他のタイプの光学顕微鏡で使用することができる。例はＣｏｎｆｏｃａｌスキャン光学顕微鏡（ＣＳＯＭ）を含まれている。ＣＳＯＭの記述は参照によってここに組み込まれるＫｉｎｏ  ａｎｄ  Ｃｏｒｌｅ，“Ｃｏｎｆｏｃａｌ  ｓｃａｎｎｉｎｇ  ｏｐｔｉｃａｌ  ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ”，Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｔｏｄａｙ，Ｓｅｐ，１９８９，ｐ．５５で見つけることができる。【００７４】イメージセンサー
移動３Ｄイメージを捕獲するため、高いフレーム率のイメージセンサーは必要である。好まれたイメージセンサーは高速ＣＭＯＳのイメージセンサーである。これらのセンサーに１０ＭｐｉｘｅｌｓまでＶＧＡからの解像度がある。フレーム率は１０，０００までの完全なｆｐｓである場合もある。１つの典型的な例はＭｉｃｒｏｎ（ｗｗｗ．ｍｉｃｒｏｎ．ｃｏｍ）からの量の生産プロダクトである：ＭＴ９Ｍ４１３Ｃ３６ＳＴＣ。イメージセンサーは５００ｆｐｓの最高の完全なフレーム率の１２８０Ｈｘ１０２４Ｖピクセルを備えている。部分的なスキャンで、フレーム率は関心領域の縦の列の数に逆に比例している。例えば部分的なスキャンが１２８０ｘ２５６ピクセルをカバーすれば、そしてフレーム率２０００ｆｐｓはある。この数をこの発明の連続的なスキャンシステムに適用する、各体積スキャンに１００のフレームがあれば、体積スキャン率は毎秒２０の体積である。ディスクリートシステムで、各体積スキャンに１６のフレームがあれば、体積スキャン率は毎秒１２５の体積である。これらの率は移動３Ｄイメージを提供する十分である。【００７５】構成された照明
ＳＦＦまたはＤＦＤの方法では、フォーカスかＤｅｆｏｃｕｓの計算は３Ｄ表面のテクスチャ情報に頼る。但し、物体に十分なテクスチャがなければ、そして構成された照明（Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄ  Ｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｏｎ）必要が３Ｄ表面にテクスチャ情報を加えるためにある。ＤＦＤ方法のために、構成された照明はＤｅｆｏｃｕｓの函数の計算で特に有用である。【００７６】      別のプロジェクターは物体に（レーザーパターンプロジェクターのような）構成されたパターン（Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄ  Ｐａｔｔｅｒｎ）を投影できる。代わりに、パターン投射系は３Ｄカメラに統合される。一般に、ビームスプリッターが３Ｄカメラのパターンプロジェクションのビームそして光路を併合するのに使用されている。イメージングレンズは映写レンズとして使用される。図１８［Ａ］は例を説明する。Ｄの変更の単位１７００は移動一対反射板を使用する。構成された照明系は光源１０９３およびパターンマスク１０９２を含んでいる。偏光ビームスプリッター３９２および四分の一波長リターダブレート３９３は照明のビームおよびイメージのビームの併合し、分裂のために使用される。図１８［Ｂ］はＤの変更の単位１７００としてイ図１５［Ｃ］のシステムを使用する別の例を説明する。従ってシステムの光は偏光。ｓ偏光照明のビームだけＤの変更の単位に送られるようにｓ偏光子１０９１ｓはパターンマスクの後でそして版のビームスプリッター３９８の前に使用されなければならない。【００７７】      色のイメージを得るためには、構成された照明はターゲットの実際の色の捕獲と干渉するべきでない。１つのアプローチは実際の色のイメージの捕獲および構造的に照らされたイメージの捕獲を時間領域に分けることである。すなわち、各フォーカスの位置でまたはその近辺で、カメラは２つの連続的な露出を捕獲する。１つの露出は構成された照明の下にあるが、他はそうでない。イメージセンサーのフレーム率に一致させるために光源が高速で調整することができるように実際に、ＬＥＤｓ（発光ダイオード）または高速ＦＬＣ（ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ液晶）シャッターが付いているランプは光源として使用することができる。これは効果的に半分のイメージセンサーの使用可能なフレーム率を切る。【００７８】      構造的に照らされたフレームおよび自然に照らされたフレームが同じフレームで同時に捕獲されること実質の時間の色の３Ｄ動きを捕獲することを、好まれる。基本概念は見えない光を使用して構成された照明を作成して、可視ライトおよび構成された光の道を分けて、次に同じイメージセンサーの別の区域の構造的に照らされたフレームを捕獲している。図１９［Ｂ］は透視図のイメージセンサーの作用面積を説明する。イメージセンサーの作用面積１０１Ａの中では、感知区域１０８は選ばれる。感知区域は２つの隔離された部、１０８Ａおよび１０８Ｂに分けられる。感知区域に１２８０のｘ２５６ピクセルがあれば、前に記述されているＭｉｃｒｏｎ  ＣＭＯＳセンサーの例を取って、そして２部品の各自に６４０ｘ２５６ピクセルがある。Ｍｉｃｒｏｎセンサーは可視ライトにだけ敏感であるが、近い赤外線（ｎ−ＩＲ）範囲にまた敏感である。７８０−８０８ｎｍのＬＥＤｓまたはダイオードレーザーのようなｎ−ＩＲの源は、光源１０９３として、使用することができる。部品１０８Ａがイメージフレームのｎ−ＩＲの部品を捕獲するのに使用されている。部品１０８Ｂがイメージフレームの目に見える部分を捕獲するのに使用されている。便宜上、これは「分割的なセンサー区域」のアプローチと呼ぶことができる。【００７９】      図１９［Ａ］は側面図の光字レイアウトの例を説明する。ｎ−ＩＲ道は点線にあり、目に見える道は破線にある。  Ｄの変更の単位１７００は図１１ａと同じような動く一対反射板システムを使用する。但し、一対反射板に二層構造がある。内部の反射板の組は（１３０１及び１３０２）可視ライトを反映する。外の反射板の組は（５７４Ａ及び５７４Ｂ）ｎ−ＩＲを反映するが、可視ライトに透明である。これは透明なガラス板の１つの側面でミラーに塗ることと反対側でＩＲ反映の誘電性の層に塗ることによって作ることができる。入って来る光ビームが道１０３ｄに移動するとき、ｎ−ＩＲのイメージは短い間隔によって可視画像に先んじて移動する。レンズ３０５Ａに入る前に、この短いリードは目に見える反射板５７５の背部にｎ−ＩＲの反射板５７４を置くことによって償われる。目に見える反射板はタイプ時々呼ばれた「冷たいミラー」、熱パス可視ライトが反映するがので、である。２つの反射板はｎ−ＩＲ道１０３ｅおよび目に見える道１０３ａを分け、イメージセンサーの２つの部品に道を送るためにそれぞれ傾く。【００８０】      図１９［Ｃ］は側面図の分割的なセンサー区域のアプローチのための光学レイアウトの別の例を説明する。Ｄの変更の単位１７００は図１１［Ｂ］のものに類似した単一の移動反射板システムを使用する、但し例外としては移動反射板は二層構造を備えている。二層構造は反射板３９１の前にｎ−ＩＲの反射板５７４Ｃを置いた短い間隔を含んでいる。ｎ−ＩＲの反射板５７４Ｃと反射板３９１間の間隔は反射板５７５および５７４間の行路差の半分である。従って、ｎ−ＩＲ道（点線）および目に見える道（破線）の全長は等しい。【００８１】      二重構造はまた図１５［Ａ］のもののようなディスクリートな反射板に固定間隔に各階段ステップの前のｎ−ＩＲの反射板を置くことによって加えることができる。【００８２】      構成された照明が３Ｄカメラの統合された部分でなくても、上で記述されている分割的なセンサー区域のアプローチはまだ働くことができる。統合された照明が望まれれば、照明のビームは１０３ｂからｎ−ＩＲ道に入ることができ、次に反対方向のｎ−ＩＲのイメージング道に続く。【００８３】周期の誤差の測定そして訂正
上で記述されている急速なフォーカスおよびズーミングシステムは機械動きに基づいている。従って、部品の製作およびシステムアセンプリのための位置誤差は避けられない。但し、特に回転式往復運動式ののメカニズム上で記述されている、動きのメカニズムは周期である。
その結果、動きの誤差は周期の性質またである。例えば、物体の平面の１つが外へ向かうスキャンの間に理想的な中心線から逸脱すれば、この物体の平面は次の外へ向かうスキャンの間に同じ量の同じ方向に逸脱する。従って、周期の性質のそのような誤差は前測定によって訂正することができる。一般に、測定そして訂正プロセスは次のステップを含んでいる：
（１）知られていた位置（ｘ、ｙ、ｚ）の複数のポイント点を含んでいるターゲットを使用しなさい。
ターゲット点は物体空間の体積に広がった。
（２）ターゲットの未訂正３Ｄイメージを捕獲し、次に未訂正３Ｄイメージから点の位置を計算するのに３Ｄカメラを使用しなさい。
（３）計算された位置を正しい位置と比較し、各点のための訂正のベクトルを記録しなさい、画像処理ソフトウェア入れなさい（またはファームウェア）のアルゴリズムに訂正のベクトルのこのセットを。捕獲された未訂正３Ｄイメージから計算されたどの（ｘ、ｙ、ｚ）位置でも訂正のベクトルとそれから訂正された３Ｄイメージを得るために訂正される。（ｘ、ｙ、ｚ）ポイントが測定セットで使用されるあらゆる点に置かなければどの位訂正が応用べきであるか定めるために内挿は適用される。
【付録】
【００８４】付録Ａ  一次（ｆｉｒｓｔ  ｏｒｄｅｒ）の薄いレンズのレイアウトの関係式
このセクションは光学系で位置の関係およびレンズの焦点距離を記述する関係式を含んでいる。これらの関係式は
Ｈｅｃｈｔ，Ｅ．，Ｏｐｔｉｃｓ，２ｎｄ  ｅｄ．，Ａｄｄｉｓｏｎ−Ｗｅｓｌｅｙ，Ｒｅａｄｉｎｇ  Ｍａｓｓａｃｈｕｓｅｔｔｓ，１９８７，ｐｐ．１３８および
Ｓｍｉｔｈ，Ｗ．Ｊ．“Ｆｉｒｓｔ−ｏｒｄｅｒ  Ｌａｙｏｕｔ：ｆｒｏｍ  ｉｍａｇｅｒｙ  ｔｏ  ａｃｈｒｏｍａｔｉｓｍ  ｔｏ  ａｔｈｅｒｍａｌｉｚａｔｉｏｎ  ｔｏ  ｃｏｓｔ”ｉｎＬｅｎｓ  Ｄｅｓｉｇｎ，ｅｄ．ｂｙ  Ｗ．Ｊ．Ｓｍｉｔｈ，ＳＰＩＥ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ  Ｐｒｅｓｓ，Ｂｅｌｌｉｎｇｈａｍ，Ｗａｓｈｉｎｇｔｏｎ，１９９２からある。
ガウス（Ｇａｕｓｓｉａｎ）レンズの関係式（またはレンズメーカー関係式）単レンズによってイメージの形成を記述する：
１／ｆ＝１／Ｓｏ＋１／Ｓｉ                                  （Ａ１）
Ｍ＝−Ｓｉ／Ｓｏ                                            （Ａ２）
ｆはレンズの焦点距離であり、Ｓｏは物体距離（レンズと物体間の光路長さ）であり、Ｓｉである像距離（レンズとイメージ間の光路長さ）であり、ｍは拡大率である。（式（Ａ１）−（Ａ２）で、Ｈｅｃｈｔの習慣によって、実の物体のための、Ｓｏは正の値によって表現される。）
一般に、ほとんどの光学系は２つの部品に限られるか、または２部品の区分に分かれることができる。２部品のためにシステムは図２０で示されているように有限な共役で作動するは、次の式適用する。必須システム拡大率ｍ（ｍ＝ｈ’／ｈ）および部品の位置が知られていれば、部品の焦点距離は次の式によって与えられる：
ｆＡ＝ｍＳｏＤ／（ｍＳｏ−ｍＤ−Ｓｉ）                      （Ａ３）
ｆＢ＝ＤＳｉ／（Ｄ−ｍＳｏ＋Ｓｉ）                          （Ａ４）
ｆＡおよびｆＢは部品の焦点距離であり（負の屈折力のレンズｆ＜０、正の屈折力のレンズｆ＞０）、Ｄは部品間の光路長さであり、Ｓｏ物体と部品Ａ間の光路長さであり、部品Ａ、Ｓｉはイメージと部品Ｂ間の光路長さである。
部品の焦点距離、物体とイメージ間の光路長さＴ、および拡大率ｍが知られていれば、部品位置は次の式から決定することができる：
Ｔ＝−［Ｄ２＋（ｍ−１）２＊ｆＡ＊ｆＢ／ｍ］／（ｆＡ＋ｆＢ−Ｄ）                                                                            （Ａ５）
Ｓｏ＝［（ｍ−１）Ｄ＋Ｔ］／［（ｍ−１）−ｍＤ／ｆＡ］      （Ａ６）
Ｓｉ＝Ｔ＋Ｓｏ−Ｄ                                          （Ａ７）
（式（Ａ３）−（Ａ７）で、Ｓｍｉｔｈの習慣によって、実の物体のための、Ｓｏは負の値によって表現される。）
６つの変数、ｆＡ、ｆＢ、Ｄ、Ｓｏ、Ｓｉおよびｍがある。何れかの４つの変数を与えられて、残りは式（Ａ３）−（Ａ４）または（Ａ５）−（Ａ６）の解決によって２つの変数定めることができる。
【００８５】付録Ｂ  可変的なフォーカスの光学設計の例
高さ８．７５ｍｍのＳＬＭが深さ３インチ（７６．２ｍｍ）の表示空間の体積３Ｄイメージを発生させるのに使用されている。表示空間の中間の（すなわち深さ１５インチで）、空間の高さは５．６２５インチ（１４２．８８ｍｍ）である。レンズはのｆ＝３６ｍｍ使用される。従って、
中間の位置の拡大率ｍ（中間）＝１４２．８８／−８．７５＝１６．３３
ガウスレンズの関係式（付録Ａの式（Ａ１）−（Ａ２））によって、像空間の中間の位置の対応するＳｉそしてＳｏは次の通り得られ：
Ｓｉ（中間）＝２４．５６インチ（６２３．８３ｍ）、Ｓｏ（中間）＝１．５０４インチ（３８．２１ｍｍ）
従って、Ｓｉは約２３インチから約２６インチにの像空間をスキャンするべきである。
Ｓｉ（遠点）＝２６．０６インチ（６６１．９３ｍｍ）、Ｓｏ（遠点）＝１．４９９インチ（３８．０７ｍｍ）、ｍ＝−１７．３９
Ｓｉ（近点）＝２３．０６インチ（５８５．７３ｍｍ）、Ｓｏ（近点）＝１．５１０インチ（３８．３６ｍｍ）、ｍ＝−１５．２７
図２１はガウスレンズの関係式によってＳｉ対Ｓｏ関係を示す。Ｓｏの０．２９ｍｍだけの変更はＳｉの３インチの（７６．２ｍｍ）変更を与える。さらに、Ｓｉ対Ｓｏのカーブに線形関係によって近づくことができる。
【００８６】付録Ｃ  平行透明な材料によるフォーカスのシフト
図２２［Ａ］は集光レンズと物体間の平行透明な材料の状態の幾何学的な分析を説明する。
次の通りフォーカスのシフトｄｓは定めることができる：
ｓｉｎθ１／ｓｉｎθ２＝ｎ    （スネルの法則）
ｄｓ／Ｗ＝（Ｗｔａｎθ１−Ｗｔａｎθ２）／Ｗｔａｎθ１＝１−ｔａｎθ２／ｔａｎθ１
＝１−（ｓｉｎθ２／ｓｉｎθ１）（ｃｏｓθ１／ｃｏｓθ２）＝１−（ｃｏｓθ１／ｃｏｓθ２）／ｎ                                      （Ｃ１）
（ｃｏｓθ１／ｃｏｓθ２）〜１  （図２２［Ｂ］參照）
ｄｓ／Ｗ〜＝１−１／ｎ                                      （Ｃ２）
式はまた図２２［Ｃ］で示されているように発散するレンズの例に、適用する。「物体」および「イメージ」が交換可能であることに注目しなさい。概要では、フォーカスのシフトは光の旅行の方向の方にある（すなわち下流の方向の方に）。
【００８７】付録Ｄ  移動ズームレンズシステムの光学設計
ここの設計は設計原理だけを説明するのためである。従って、付録Ａの２部品のシステム・レイアウトの関係式は使用される。付録Ｂの例は参照の例（表Ｄ１の列＃１）として使用される。部品Ａが補正器およびｆＡ＝３６ｍｍであることが仮定される。前部へ負の屈折力のレンズを（変化器として）加えることは参照の例の像距離内の範囲の同じ拡大率で投影されたイメージを維持できる（すなわちのためにＳｉ＜６２４ｍｍ）。表Ｄ１の例１は例を示したものだ、負の屈折力のレンズ（部品Ｂ）および像の平面は反対の方向で動く。図２３［Ａ］はこの例を説明する。Ｓｏの変更はミリメートルに及ぶある。
前部へ正の屈折力のレンズを（変化器として）加えることは参照の例の像距離を（わずかに）越える範囲の同じ拡大率で投影されたイメージを維持できる（すなわちのためにＳｉ＞６２４ｍｍ）。例２は例を示したものだ、変化器および像の平面は同じ方向で動く、変化器の変位は像の平面の変位より小さい。図２３［Ｂ］はこの例を説明する。Ｓｏの変更は１ｍｍ以内にある。Ｄの変更は少数のセンチメートルの内にある。
【表Ｄ１】
2010079233.tif 000011
特別な場合：Ｄだけの変更による可変的なフォーカス
Ｓｏが固定であり、Ｄだけ変わる、２つのレンズのグループのズームレンズは可変的なフォーカスシステムになる。表Ｄ２は例５を示す。この例は例１に類似している但し例外としてはＳｏは固定である。Ｄの変更は１センチメートル以下ある。ｍの変更は付録Ｂ（Ｓｏ変更による可変的なフォーカス）よりわずかに大きい。
【表Ｄ２】
2010079233.tif 000012
例２の構成は例３で示されているようにカメラの適用のためにより大きいＳｉおよびｍで、使用することができる。ＳｏそしてＤの変更はそれぞれ少数のミリメートルおよびセンチメートルの内にある。より大きい距離で一定したｍを維持するためには、望遠レンズ（Ｔｅｌｅｐｈｏｔｏ）構成は好まれる。望遠レンズに負の屈折力のｆＡおよび正の屈折力のｆＢ（参考Ｈｅｃｈｔ，Ｅ．，Ｏｐｔｉｃｓ，２ｎｄ  ｅｄ．，Ａｄｄｉｓｏｎ−Ｗｅｓｌｅｙ，Ｒｅａｄｉｎｇ  Ｍａｓｓａｃｈｕｓｅｔｔｓ，１９８７，ｐｐ．２０２）がある。例４は例を示したものだ。Ｄはセンチメートルの範囲に変更そうあり。図２３［Ｃ］はこの例を説明する。
図２３［Ｄ］、図２４［Ａ］および図２４［Ｂ］は例１、３および４でＴに関して計算された構成位置を示す。物体距離、２つのレンズのグループ間の間隔と像距離の変更が割合にほとんどあり、線形関係によって関連することができることを図は示す。この線形近似は広い作動距離上の異なったレンズ構成のために有効である。
【００８８】付録Ｅ  動きの幾何学的な分析
（１）回転式往復運動式の平面（図２５［Ａ］、［Ｂ］参照）
上向きの方向に常に直面させ表面を続けている間平面２０３１はポイントＯについて回転する。Ｒは回転の半径である（すなわちＲ＝ＯＮ＝ＯＰ）。
回転の角度θに関するスクリーンの立て向き位置の変更Δｚは次の通りある：
Δｚ＝ＯＮ−ＯＰｃｏｓθ＝Ｒ−Ｒｃｏｓθ                    （Ｅ１）
Δｚは正弦函数である。
（２）スライダークランクの動き（図２５［Ｃ］、［Ｂ］参照）
図２５［Ｃ］はクランクがＯのまわりで回ることを示す。連接棒はＰでクランクおよびＱ＊でスライダーを接続する。スライダーはＭＮラインに沿って動く。
連接棒の長さが１であることを仮定しなさい：    Ｌ＝ＰＱ＊＝ＭＮ＝ＰＱ＝ＴＳ
（Ｅ１）から：  ＴＱ＝ＰＳ＝Ｒ−Ｒｃｏｓθ
三角形から：    Ｌｓｉｎα＝Ｒｓｉｎθ
ＱＵ＝Ｌ−Ｌｃｏｓα
Δｚ＝ＴＱ＋ＱＵ＝Ｒ−Ｒｃｏｓθ＋Ｌ−Ｌｃｏｓα＝Ｒ−Ｒｃｏｓθ＋Ｌ−Ｌ（ｓｑｒｔ（１−（ｓｉｎα）２））
＝Ｒ−Ｒｃｏｓθ＋Ｌ（１−ｓｑｒｔ（１−（Ｒｓｉｎθ／Ｌ）２））                                                                        （Ｅ２）
図２５［Ｂ］は式（Ｅ１）と比べて式（Ｅ２）を示す、式（Ｅ２）に［Ｌ（１−ｓｑｒｔ（１−（Ｒｓｉｎθ／Ｌ）２））］の付加的な量がある。最高の相違はＬ（１−ｓｑｒｔ（１−（Ｒ／Ｌ）２））にθ＝９０°である。
【図面の簡単な説明】
【００８９】
【図１】      従来の「回転式往復連動式の」スクリーンに基づいて体積３Ｄディスプレイを示す。
【図２】      従来の可変的なフォーカスシステムのための角の方向の変更の厚さの回転透明なディスクを示す。
【図３】      従来の正弦動きを発生させるための交叉スライダークランクのメカニズムそして交叉スライダー偏心メカニズムを示す、［Ｃ］従来の回転式往復運動式のメカニズムによって動くシステム反射板を示す。
【図４】      本発明に従って急速なフォーカスシステムの例の移動薄いくさびプリズムを使用して「屈折する変位」による光路長さの急速な変更のための手段を示す。
【図５】      本発明に従って回転式往復運動式の動きによって薄いくさびプリズムを動かすことの方法を示す。
【図６】      ［Ａ］本発明に従って２つの薄いくさびプリズムを使用して「屈折する変位」による光路長さの急速な変更のための手段を示す。［Ｂ］螺旋形の表面が付いている２枚の透明なディスクを使用して「屈折する変位」によって好んだ光路の長さの急速な変更のための手段を説明する。
【図７】      ［Ａ］本発明に従って互いに関して２つの薄いくさびプリズムを動かすための手段を示す。［Ｂ］回転式往復運動式のメカニズムの使用によって互いに関して２つの薄いくさびプリズムを動かすための手段を示す。
【図８】      本発明に従って２つの回転薄いくさびプリズムを使用して「屈折する変位」による光路長さの急速な変更のための手段を示す。
【図９】      図８の働き原理を説明する。
【図１０】      薄いくさびプリズムを回す方法の光路の転位の訂正の方法を示す。
【図１１】      本発明に従って急速なズーミングレンズの例の移動反射板システムを使用して「反射変位」による光路長さの急速な変更のための手段を示す。
【図１２】      ［Ａ］本発明に従って「斜めに移動反射板］」を使用して「反射変位」による光路長さの急速な変更のための手段を示す。［Ｂ］−［Ｃ］急速なフォーカスシステムの例の「斜めに移動反射板」を示す。
【図１３】      本発明に従って３Ｄイメージングの適用のための移動反射板を使用して「物体の道の補償」の手段を示す。
【図１４】      ＤＦＤのイメージングシステムの急速なフォーカスの変更の手段を示す。
【図１５】      本発明に従ってディスクリートな反射板の単位を回すことを使用して「反射変位」によって光路の長さの急速な変更のための手段を示す。
【図１６】      ［Ａ］本発明に従って液晶のディスクリートな反射板システムを使用して「反射変位」によって光路の長さの急速な変更のための手段を示す。［Ｂ］本発明に従って透明な組の回転階段のようにディスクを使用して「屈折する変位」によって光路の長さの急速な変更のための手段を示す。
【図１７】      顕微鏡３Ｄイメージングの適用の「屈折する変位」によって物体距離の急速な変更の手段を示す。
【図１８】      本発明に従って３Ｄイメージングの適用の統合した構成された照明手段を示す。
【図１９】      本発明に従って構造的に照らされたイメージおよび自然に照らされたイメージの同時捕獲のための「分割的なセンサー区域」構成を示す。
【図２０】      付録Ａの２部品の光学系のレイアウトの構成位置の定義。
【図２１】      付録Ｂの可変的なフォーカスの光学設計の例。
【図２２】      付録Ｃの平行透明な材料によるフォーカスのシフトの説明。
【図２３】      付録Ｄの移動ズームレンズシステムの光学設計の例。
【図２４】      付録Ｄの移動ズームレンズシステムの光学設計の例。
【図２５】      付録Ｅの動きの幾何学的な分析。
【符号の説明】
１０１            イメージセンサー
１０３            イメージのビームの光中心線、イメージングレンズの中心線
１０４            物体の平面
１０５            像の平面
１０７            開き（ａｐｅｒｔｕｒｅ）
１０００          急速なフォーカスシステム
１０９１ｓ、５７１ｓ、    偏光フィルター
１０９２          パターンマスク
１０９３          光源
１３０１及び１３０２    直角に置かれる一対反射板
２２１            反射板
２０３１          移動スクリーン
２０４０          表示体積
３０１            イメージの源、ＳＬＭか表示パネル
３０３            プロジェクションのビームの光中心線、映写レンズの中心線
３０５、３０５Ａ、３０５Ｂ    映写レンズアセンブリ、レンズのグループＡおよびＢ
３３              主光線（ｐｒｉｎｃｉｐａｌ  ｒａｙ）
３４              軸光線（ａｘｉａｌ  ｒａｙ）
３９１            移動反射板
３９２            偏光ビームスプリッター
３９３、３９３ａ、３９３ｂ    四分の一波長リターダブレート
３９６            全内部反射（ＴＩＲ）プリズム
３９８            非偏光ビームスプリッター
４０１、４０２、４０１Ｆ、４０２Ｆ    薄いくさびプリズム
４０１１、４０１２、４０２１、４０２２    薄いくさびプリズムの表面
４２０            スライダークランクのメカニズム
４２１            クランク
４２２、４３１    連接棒
４２３            線形軸受け
４３２Ａ、４３２Ｂ、４３３、４３３Ａ、４３３Ｂ    タイミング歯車
４３４Ａ、４３４Ｂ、７０１    カウンターウェイト
４３５、５３６    タイミングベルト
４８１、４８１Ａ  螺旋形の表面が付いている透明なディスク
５１０ａ−ｄ      回転式腕
５７５            冷たいミラー（ｃｏｌｄ  ｍｉｒｒｏｒ）
５７４、５７４Ａ、５７４Ｂ、５７４Ｃ    ｎ−ＩＲの反射コーティング
５８０、５８０Ａ、５８０Ｂ    階段のように反射表面が付いているディスクリートな反射板
６８０            液晶のディスクリートな反射板システム
６８１ａ、６８１ｂ    切替可能な二分の一波長リターダブレート
６８２ａ、６８２ｂ、６８２ｃ、６９３    螺旋形のｃｈｉｒａｌ素子
６８３ａ、６８３ｂ、６８３ｃ    ガラス板
６９２            誘電性（ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ）の反射板
７０              くさび形の基盤
７００            斜めに移動反射板
７１、７２        くさび形の基盤の表面
８５０Ａ、８５０Ｂ  ディスクリートな厚さの変化階段のようにを用いる透明なディスク
９０              ３Ｄ物体
９２０            顕微鏡の対物レンズ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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